WO2018037189A1 - Procede de realisation d'une couche contrainte en tension a base de germanium etain - Google Patents

Procede de realisation d'une couche contrainte en tension a base de germanium etain Download PDF

Info

Publication number
WO2018037189A1
WO2018037189A1 PCT/FR2017/052261 FR2017052261W WO2018037189A1 WO 2018037189 A1 WO2018037189 A1 WO 2018037189A1 FR 2017052261 W FR2017052261 W FR 2017052261W WO 2018037189 A1 WO2018037189 A1 WO 2018037189A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
interest
tin
germanium
value
Prior art date
Application number
PCT/FR2017/052261
Other languages
English (en)
Inventor
Vincent REBOUD
Jean-Michel Hartmann
Alexei Tchelnokov
Original Assignee
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives filed Critical Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Priority to US16/327,520 priority Critical patent/US10699902B2/en
Priority to EP17762163.8A priority patent/EP3504729A1/fr
Publication of WO2018037189A1 publication Critical patent/WO2018037189A1/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02384—Group 14 semiconducting materials including tin
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/0223—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/0223—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate
    • H01L21/02233—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer
    • H01L21/02236—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer group IV semiconductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02535—Group 14 semiconducting materials including tin
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158—Making the insulator
    • H01L21/28229—Making the insulator by deposition of a layer, e.g. metal, metal compound or poysilicon, followed by transformation thereof into an insulating layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158—Making the insulator
    • H01L21/28238—Making the insulator with sacrificial oxide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7842—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate means for exerting mechanical stress on the crystal lattice of the channel region, e.g. using a flexible substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7842—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate means for exerting mechanical stress on the crystal lattice of the channel region, e.g. using a flexible substrate
    • H01L29/7847—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate means for exerting mechanical stress on the crystal lattice of the channel region, e.g. using a flexible substrate using a memorization technique, e.g. re-crystallization under strain, bonding on a substrate having a thermal expansion coefficient different from the one of the region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes

Definitions

  • the field of the invention is that of the realization of a stress-strain layer based on germanium tin GeSn, in particular for the purpose of obtaining a structure of direct energy bands.
  • the invention applies in particular to the production of a microelectronic or optoelectronic device comprising such a layer based on GeSn in tension.
  • a stress-strain layer made from germanium tin may be advantageous to use. This is particularly the case with high-performance transistors where the stress experienced by the material results in an increase in the speed of displacement of the charge carriers, which improves the performance of such a transistor. This is also the case for light sources such as electrically pumped lasers, for which the germanium-tin emissive layer may have a direct energy band structure by applying a voltage stress value. sufficient.
  • the intermediate layer is said to be thick in the sense that its thickness is greater than the critical thickness from which the mechanical stresses experienced by the layer relax plastically. Thick intermediate layer of Gei- y Sn y is, at its upper surface, a lattice parameter larger than that of the layer of interest Gei- x Sn x, thereby forcing the voltage layer interest.
  • a thin layer of Ge- x Sn x has a direct energy band structure when xs n is less than 10% and when ys n is greater than or equal to 12%.
  • this production method requires the production of an intermediate layer with a high atomic proportion of tin for the setting of the Ge x Sn x layer of interest.
  • the invention aims to remedy at least in part the disadvantages of the prior art, and more particularly to provide a method for producing a layer of interest, voltage stress, based on tin germanium , not requiring an intermediate layer of germanium tin with a high proportion of tin.
  • the object of the invention is a method for producing a stress-strain layer based on germanium tin, comprising the following steps:
  • a semiconductor stack resting on a support layer via a sacrificial layer, said semiconductor stack comprising a nucleation layer and a layer of interest based on tin germanium epitaxially grown from the nucleation layer, said stack having a non-zero initial value of voltage stress;
  • the structured part comprising a central portion connected to the peripheral part by at least two lateral portions opposite to each other with respect to the central portion,
  • suspending the structured part by etching the sacrificial layer located under the structured part, the so-called suspended central portion then having a final voltage stress value greater than the initial value.
  • the method may comprise the following steps:
  • step a) estimating an atomic proportion value of tin and a first minimum voltage stress value for which layer of interest has a direct energy band structure
  • the nucleation layer may be made of a semiconductor compound having a so-called natural mesh parameter, lower than that of the germanium tin material of the layer of interest.
  • the semiconductor stack may comprise at least one layer located between the layer of interest and the nucleation layer made of a semiconductor compound having a mesh parameter, said to be natural, less than or equal to that of the germanium-based material. tin of the layer of interest.
  • the semiconductor stack may have a thickness less than a so-called critical thickness.
  • Each layer of the semiconductor stack may have a thickness less than a so-called critical thickness.
  • the semiconductor stack may comprise upper and lower layers based on tin germanium, doped according to different types of conductivity, located on either side of the layer of interest, the latter being unintentionally doped.
  • the method may comprise a step of partial etching of the nucleation layer, this etching being selective with respect to the layer of interest, so as to eliminate the nucleation layer at the central portion and to preserve at least a portion of the side portions.
  • the atomic proportion of tin of the layer of interest may be less than 10%.
  • the method may further comprise a step of contacting the structured part with a surface made free of the support layer, so as to render solid by molecular bonding the structured part of the support layer.
  • the method may further comprise the following steps:
  • the suspension step and the contacting step may be performed by etching the sacrificial layer by vapor phase HF, optionally followed by the deposition and then the evaporation of a liquid between the suspended structured part and the support layer, and wherein, during the annealing step, the annealing temperature is greater than or equal to 200 ° C.
  • the method may include, during the suspension step, an oxidation or nitriding of a surface made free of the support layer and a lower surface of the structured portion facing the free surface, and in which, during the annealing step, the annealing temperature is greater than or equal to 100 ° C.
  • dielectric layers resulting from the oxidation or nitriding carried out may be formed at the level of the structured part and the support layer, which have a preferably greater thickness. or equal to 1nm.
  • the invention also relates to a method for producing a microelectronic or optoelectronic device comprising said layer of interest based on tinned germanium obtained by the process according to any one of the preceding characteristics, in which a PN junction is made in the layer of interest, or a PIN junction at the level of said layer of interest, which layer is then unintentionally doped; .
  • FIGS. 1A, 1B and 1C are diagrammatic views, in section (FIG. 1A and FIG. 1C) and from above (FIG. 1B), of a stack comprising a layer of interest based on tin germanium, for different steps of FIG. a method according to a first embodiment;
  • FIGS. 2A, 2B, 2C are diagrammatic views, in section (FIG. 2A and 2B) and from above (FIG. 2C), of a variant of the stack illustrated in FIGS. 1A to 1C;
  • FIG. 3 illustrates a flow diagram of a method according to a second embodiment, making it possible to obtain a layer of interest with a direct band structure
  • FIGS. 4A, 4B and 4C are diagrammatic sectional views of a semiconductor structure for different steps of a method according to a third embodiment
  • FIGS. 5A and 5B are diagrammatic views, from above, of a semiconductor structure, respectively with and without the peripheral portion; and FIG. 5C is an example of a relationship between the bonding surface energy as a function of the annealing temperature, for a hydrophilic bonding and for a hydrophobic bonding;
  • FIGS. 6A, 6B and 6C are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure for different steps of a method according to a fourth embodiment involving a hydrophilic bonding step;
  • FIGS. 7A and 7B are diagrammatic sectional views of a non-coherent optoelectronic light emitting device comprising a semiconductor structure obtained from the method according to the fourth embodiment;
  • FIGS. 8A and 8B are diagrammatic views, in section, of a coherent light emitting optoelectronic device comprising a semiconductor structure obtained from the method according to the fourth embodiment;
  • FIGS. 9A to 9F show, schematically and in section, various steps of an exemplary method for producing a laser source comprising a semiconductor stack obtained by the method according to the first or the second embodiment.
  • the invention relates generally to a method of producing a so-called layer of interest based on tinned germanium strain, especially for the purpose of obtaining a structure of direct energy bands.
  • constrained layer is meant a layer made of a monocrystalline semiconductor material having a mechanical stress in tension or in compression, resulting in a deformation of the meshes of the crystal lattice of the material.
  • the layer is stress-stressed when it undergoes a mechanical stress that tends to stretch the mesh of the network in a plane. This then results in the presence of a compressive stress oriented along an axis substantially orthogonal to the plane of stretching.
  • the layer of interest based on germanium tin is intended to be stress-stressed in the plane of the layer, which results in the fact that its mesh parameter has a so-called upper effective value. to its so-called natural value when the material is relaxed, ie not constrained. In the remainder of the description, unless otherwise indicated, the constraint considered is oriented in the plane of the layer.
  • germanium tin GeSn By interest layer based on germanium tin GeSn, it is meant that the layer of interest is made of Ge x Sn x alloy comprising germanium and tin.
  • the tin germanium alloy may be a binary Ge x x Sn x , ternary, for example SiyGeX x y Sn x , or even quaternary or more.
  • xs n the atomic proportion of tin in the alloy.
  • the layer of interest based on tin germanium is preferably formed into a homogeneous alloy in terms of the atomic proportion of the elements forming the alloy and in terms of values of any doping.
  • substantially equal means here that this energy difference is of the order of magnitude or less than kT, where k is the Boltzmann constant and T is the temperature of the material.
  • the layer of interest is initially made based on tin germanium, the energy band structure of which is indirect when the material does not have sufficient voltage stress, in other words ⁇ ⁇ 0, and can then have a voltage strain sufficient to direct its band structure.
  • Figures 1A, 1B and 1C illustrate different steps of a method for producing the strain-germanium-tin-based interest layer, according to a first embodiment.
  • a semiconductor stack 10 comprising semiconductor layers, of which at least one nucleation layer 11 and the layer 12 of interest based on germanium tin, is produced here made of a binary alloy of tin germanium. Ge- x Sn x , the latter being epitaxially grown from the nucleation layer 11.
  • the semiconductor stack 10 covers a sacrificial layer 2 resting on a support layer 1.
  • the support layer 1 may be made of a semiconductor material, electrically conductive or dielectric. This material may have a thickness of the order of a few tens of nanometers to a few hundred microns, for example be between 10 nm and 700 ⁇ m, or between 500 nm and ⁇ . Here it is made of silicon, but it can more generally be chosen, among others, from silicon, sapphire, borosilicate, silica, glass, quartz.
  • the sacrificial layer 2 may be made of a material capable of being selectively etched with respect to the material of the support layer 1 and the materials of the semiconductor stack 10. It may be a silicon oxide (for example Si0 2 ) or a silicon nitride (for example S13N4).
  • the sacrificial layer 2 may have a thickness of the order of a few tens of nanometers to a few microns, for example be between 10 nm and ⁇ , or even between 500 nm and 5 ⁇ m. It is here made of silicon oxide S102.
  • the nucleation layer 11 may be made of a monocrystalline semiconductor material suitable for the nucleation, or germination, of the layer of interest 12 based on GeSn.
  • the material of the nucleation layer 11 can be chosen from the elements or compounds of column IV of the periodic table, such as germanium, silicon, tin, and the alloys formed of these elements such as GeSn, SiGeSn, SiGe. It can also be chosen from compounds comprising elements of columns III and V, such as GaP, AlP, AlAs, InGaAs, InP, AIGas, or even among compounds comprising elements of columns II and VI, such as ZnS, ZnSe, CdZnTe, CdTe.
  • the layer of interest 12 is made of a monocrystalline semiconductor material based on germanium tin and is here made of a binary alloy of germanium tin Ge x Sn x .
  • the atomic proportion of tin x Sn is non-zero and may be between 1% and 14%, preferably between 4% and 10%. It has a thickness of the order of a few tens of nanometers to a few hundred nanometers or even a few microns, for example between 10 nm and ⁇ .
  • each of the layers forming the semiconductor stack 10 has a thickness less than its so-called critical thickness from which the stresses undergone by the layer can relax and cause the appearance of structural defects, for example dislocations. mesh disagreement, thereby causing potential degradation of the electronic and / or optical properties of the layer.
  • the thickness of the semiconductor stack 10 is less than its critical thickness. This minimizes the degradation of the crystalline quality of the semiconductor stack 10 and the layers that form it.
  • the nucleation layer 11 may be made of a material having a mesh parameter less than that of the layer of interest 12. This is the case in particular with the germanium Ge, and a tinned germanium alloy with an atomic proportion of tin lower than that of the layer of interest 12.
  • the layer of interest 12 may have a compressive stress vis-à-vis the nucleation layer 11, especially when it is in contact with the nucleation layer 11 or when an intermediate layer of the same material as the layer of interest 12 is located between it and the nucleation layer 11.
  • the nucleation layer 11 preferably has a thickness greater than that of the layer of interest 12.
  • the nucleation layer 11 may be made of a material having a mesh parameter greater than that of the layer of interest 12. This is particularly the case with tin and with an alloy of tin germanium with an atomic proportion of tin greater than that of the layer of interest 12.
  • the layer of interest 12 may have a voltage stress vis-à-vis the nucleation layer 11.
  • the nucleating layer 11 preferably has a thickness less than that of the layer of interest 12.
  • the semiconductor stack 10 is designed such that it has a non-zero voltage stress, that is to say that the stress of the stack, in the plane (X, Y) has a non-zero and positive initial value.
  • the constraint of the stack 10 corresponds to the average of the stresses of each layer of the stack, according to the relation:
  • Ek is the Young's modulus of the layer k belonging to the stack, of thickness ei ⁇
  • £ k is the value of the strain undergone by the layer k.
  • ⁇ ⁇ ⁇ is the initial value of the deformation along the Z axis experienced by the layer k.
  • the nucleation layer 11 may be a germanium layer deposited or transferred to a sacrificial layer 2 of silicon oxide resting on a support layer 1 of silicon.
  • This set of layers is preferably made using the method described in the publication of Reboud et al. entitled Structural and optical properties of 200 mm germanium-on-insulator (GeOI) substrates for silicon photonics applications, Proc. SPIE 9367, Silicon Photonics X, 936714 (February 27, 2015) which implements in particular the Smart Cut TM technology.
  • the germanium layer firstly performs the epitaxial growth of a crystalline germanium layer on a thick layer of silicon.
  • the germanium layer then has, at room temperature, a residual voltage strain of the order of 0.2%.
  • a dielectric layer for example a silicon oxide, is then deposited on the free surface of the germanium layer, followed by implantation of H + ions into the germanium layer.
  • the dielectric layer covering the germanium layer is secured to a handle substrate formed of a dielectric layer covering a silicon layer.
  • the germanium layer is separated into two parts at a weakened zone by ion implantation.
  • a monocrystalline germanium layer 11 is thus obtained covering a sacrificial layer 2, here made of silicon oxide, which rests on a support layer 1, for example a silicon layer of an SOI substrate.
  • a sacrificial layer 2 here made of silicon oxide, which rests on a support layer 1, for example a silicon layer of an SOI substrate.
  • This method is advantageous insofar as the crystalline quality of the nucleation layer 11 is particularly high and substantially homogeneous depending on the thickness of the layer.
  • the density of dislocations may be less than 10 7 cm 2 over the entire thickness of the layer, in particular at the interface with the sacrificial layer 2.
  • nucleation layer 11 stress-strain, germanium. Due to the difference in values between the thermal expansion coefficients of germanium and silicon, after cooling to room temperature, the nucleation layer undergoes a voltage strain in the (X, Y) plane of the order of 0, 2%, which translates into an effective mesh parameter of approximately 5.670, whereas the natural mesh parameter of the relaxed germanium is 5.658.
  • This stack is secured by molecular bonding with a second stack formed of a silicon layer covered with a silicon oxide layer, the bonding being carried out by mutual contact of the silicon oxide layers.
  • the substrate is then completely removed, for example by grinding, so as to obtain the germanium layer bonded to a silicon support layer 1 by a sacrificial layer 2 of silicon oxide.
  • the epitaxial growth of the GeSn-based layer 12 of interest is then carried out from the exposed surface of the nucleation layer 11, for example by a chemical vapor deposition technique (CVD, for Chemical). Vapor Deposition, in English), possibly at low pressure (LPCVD, for Low Pressure Chemical Vapor Deposition, in English) or by molecular beam epitaxy (MBE, for Molecular Beam Epitaxy, in English).
  • CVD chemical vapor deposition
  • LPCVD Low Pressure Chemical Vapor Deposition, in English
  • MBE molecular beam epitaxy
  • the ratios of the flow of precursor gases are controlled to obtain the value xs n atomic proportion of tin in the interest of layer 12.
  • the growth temperature can be between 300 ° C and 400 ° C and the growth rate can be of the order of 10 nm / min to 100nm / min.
  • the layer of interest 12 then has a compressive stress in the plane (X, Y) insofar as it has a natural mesh parameter greater than the effective mesh parameter of the nucleation layer 11.
  • the thicknesses of the nucleation layer 11 and of the layer of interest 12 are chosen by means of the relation (1) so that the semiconductor stack 10 has a stress in tension ⁇ 5 ⁇ > 0 in the plane (X, Y), in other words a compressive stress ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 0 along the Z axis.
  • the nucleating layer 11 made of germanium having a thickness of, for example, ⁇ , having a voltage strain of + 0.2% (effective mesh size parameter of 5.670 for a natural mesh parameter of 5.658), and
  • the Ge x Sn x layer of interest 12 with an atomic proportion of tin xs n of 8%, of a thickness for example of 50 nm.
  • the layer of interest 12 thus has an effective mesh parameter of 5.670, equal to that of the nucleation layer 11, for a natural mesh parameter of 5.724. It then has a compressive deformation in the plane (X, Y) of -0.94%.
  • the semiconductor stack 10 is structured in such a way as to form a structured part 20 and a peripheral part 30, the structured part 20 comprising a central portion 21 connected to the peripheral part 30 by at least two side portions 22 opposite each other vis-à-vis the central portion 21.
  • the structured portion 20 here comprises a single pair of tensioning arms 22 intended to subsequently provide an increase in the stress uniaxial tension of the central portion 21, and thus a power of the layer of interest 12 located in the central portion 21.
  • the structured portion 20 is made by conventional steps of optical and / or electronic lithography then etching of the stack, which are not detailed here.
  • the central portion 21 may have a shape, in the plane (X, Y), substantially square or rectangular, from a few hundred nanometers to a few microns in width, and from a few hundred nanometers to a few hundred microns in length. . Other shapes are possible, such as polygonal shapes.
  • the tensioning arms 22 and the central portion 21 are formed so that the average width "b" of the tensioning arms 22 is greater than the average width "a" of the central portion 21, preferably ten times greater than the latter.
  • width is meant the transverse dimension of a portion or an arm, in the plane (X, Y), at its longitudinal axis.
  • the central portion 21 here has an average width "a” oriented along the Y axis and substantially constant along the longitudinal axis X.
  • the tensor arms 22 have an average width "b" oriented here along the Y axis.
  • the surface dimension in the plane (X, Y) is chosen so that the tensor arms 22 have substantially no or little deformation at the end of the next suspension step. More specifically, the local deformation decreases as one moves away from the central portion 21 and becomes negligible at a distance greater than or equal to one or two times an average dimension of the central portion 21.
  • the average deformation of the tensor arms 22 that is to say the deformation field integrated in the volume of the tensioning arms 22, has a value less than that of the central portion 21, or is negligible vis-à-vis the average deformation in the central portion 21
  • the tensioning arms 22 have a trapezoidal shape so that the width increases as one moves away from the central portion 21. Other shapes are possible, for example a form where the tensor arms 22 have a sudden increase in width vis-à-vis the central portion 21 and a main area constant width.
  • the structuring can be carried out so as to control the value of the amplification of the stress in tension of the central portion 21 of the stack. semiconductor 10, obtained subsequently during the suspension of the structured part 20.
  • the dimensional parameters of the structured part 20 are predetermined, for example the widths and lengths of the central portion 21 and the tensioning arms 22.
  • an amplification factor f connecting the final stress in tension o f s to the initial stress in tension can be expressed by the relation (2) formulated in the article by Suess et al entitled Analysis of enhanced light emission from highly strained germanium microbridges, Nature Photon. 7, 466-472 (2013):
  • L is the length of the sacrificial layer 2 removed under the structured part 20 during the subsequent suspending step.
  • FIG. 1C sectional view along the line AA shown in Figure 1B
  • the suspension of the structured portion 20 which will cause an amplification of the stress in tension undergone by the central portion 21 of the semiconductor stack 10, and thus a power of the layer of interest 12 located in the central portion 21.
  • a cavity 3 is made in the structured part 20 so as to suspend it above a free-formed surface 4 of the support layer 1.
  • the cavity 3 is made by etching, for example by wet etching, of the sacrificial layer 2 made accessible by openings obtained during the structuring of the semiconductor stack 10.
  • Wet etching here uses hydrofluoric acid (also called HF, for Hydrogen Fluoride in English) in the vapor phase.
  • HF Hydrogen Fluoride
  • the flow of HF vapor can be low so as to burn the sacrificial layer 2 at a moderate speed of the order of 10 nm per minute.
  • the vapor stream may, by way of example, comprise hydrofluoric acid at 15 torr partial pressure, alcohol at 0.01 torr and nitrogen at 60 torr.
  • the entire portion of the sacrificial layer 2 beneath the structured part 20 is etched over its entire thickness.
  • the structured part 20 is then suspended above the free surface of the support layer 1, thus forming a cavity 3.
  • the cavity 3 is located between the structured part 20 and the free surface 4 of the support layer 1.
  • a suspended structured portion 20 whose tensor arms 22 maintain the central portion 21 above the free surface 4 of the support layer 1 and generate in the central portion 21 an increase in the initial tension stress ⁇ depending on the axis or axes of deformation, because of the difference in average width between the tensor arms 22 and the central portion 21.
  • the deformation of the central portion 21 may be sufficient to obtain a structure of webs. direct energy of the layer of interest 12 located in the central portion 21.
  • the method thus makes it possible to obtain an increase in the voltage stress of the central portion 21 of the semiconductor stack 10, and thus the setting of the layer of interest 12 located in the central portion 21, this without having to make an intermediate layer of germanium tin with a high proportion of tin, as described in the article of Wirths et al 2013 mentioned above.
  • the crystalline quality of the semiconductor stack 10, and in particular that of the layer of interest 12 based on GeSn can be preserved when the stack and its layers component have a thickness less than the respective critical thicknesses.
  • FIGS. 2A and 2B are schematic cross-sectional views of different variants of the stack illustrated in FIG. 1A
  • FIG. 2C is a diagrammatic view, seen from above, of a variant of FIG. structured portion 20 shown in Figure 1B.
  • the stack 10 differs from that illustrated in FIG. 1A in that it further comprises two layers 13A, 13B based on germanium tin GeSn between which is located the layer of interest 12 in touch.
  • the layers 13A, 13B based on germanium tin may be made of a binary alloy of germanium tin, or even ternary or quaternary, and may have an atomic proportion of tin identical or different from that of the layer of interest 12.
  • the layers 13A, 13B are made of a material identical to that of the layer of interest 12, namely a binary alloy of germanium tin with the same atomic proportion of tin, and differ by doping.
  • the layer of interest 12 is here unintentionally doped while the lower layer 13A has a doping according to a first type of conductivity, for example of the N type, and the upper layer 13B has a doping according to a second type of conductivity. opposed to the first type, for example of the P type.
  • the doped layers 13A, 13B may have different thicknesses, which are lower here, than that of the layer of interest 12.
  • the thickness of the layer of interest 12 may be about 350 nm and those doped layers 13A, 13B of about 100 nm.
  • the doped layers 13A, 13B can form, with the layer of interest 12, a diode PI type N.
  • the stack 10 may further comprise an upper layer 14 for providing a balance of the stresses along the Z axis of the semiconductor stack 10, in order to limit the risk of overall deformation of the stack according to the invention.
  • Z axis buckling type.
  • This upper layer 14 has a thickness, a Young's modulus and a voltage stress in the plane (X, Y) such that the vertical distribution of stresses along the Z axis is substantially symmetrical. More precisely, a vertical distribution of the stresses is said to be substantially symmetrical when the semiconductor stack 10 is such that the sums E k e kz e k relating to the layers located on either side of a median plane (parallel to the XY plane) of the stack 10 are equal to each other within 10%.
  • the upper balancing layer 14 is made of the same material as that of the nucleation layer 11 and has a product, voltage stress thickness, substantially equal to that of the nucleation layer 11.
  • the nucleation layer 11 is made of germanium with a thickness of approximately ⁇ and has a voltage strain in the plane (X, Y) of approximately 0.2%.
  • the upper balancing layer 14 is made of germanium with a thickness of 800 nm and has a voltage strain of about 0.25%.
  • the stack 10 differs from that illustrated in FIG. 2A in that the layer of interest 12 is separated from the doped layers 13A, 13B by two intermediate layers called barriers 15A, 15B which have a band gap energy greater than that of the layer of interest 12, so as to improve the quantum confinement of the charge carriers in the layer of interest 12.
  • the barrier layers 15A, 15B may be made of an unintentionally doped material, preferably in germanium or in a germanium tin alloy, with an atomic proportion of tin lower than that of the layer of interest 12.
  • the semiconductor stack 10 may have more semiconductor layers , based on tin germanium or not, doped or not, and therefore may comprise several layers of interest 12.
  • the structured part 20 differs from that illustrated in FIG. 1B in that two pairs of tensioning arms 22 of identical dimensions are represented, which makes it possible to generate a biaxial increase in the voltage strain of the central portion 21, intensity here substantially equal to the two deformation axes here respectively parallel to the X and Y axes.
  • each pair of tensioning arms 22 may have different dimensions, so as to deform the central portion with a different intensity following each of the deformation axes.
  • the method may also include a step of partial etching of the nucleation layer 11, the etching being selective vis-à-vis the layer of interest 12, to thereby obtain a central portion 21 no longer comprising the nucleation layer 11.
  • the central portion 21 may be formed essentially of the layer of interest 12, and, where appropriate, doped layers 13A, 13B and possibly barrier layers 15A, 15B.
  • This selective etching step may be an isotropic wet etching of the nucleation layer 11, for example carbon tetrafluoride (CF4).
  • the etching time is adapted to etch the thickness of the nucleation layer 11, which may be of the order of half the width a of the central portion 21.
  • the nucleation layer 11 is no longer present in the central portion 21 while it remains present at the level of the tensioning arms 22.
  • the upper balancing layer 14 mentioned above can then be omitted insofar as the central portion 21 does not include the nucleation layer 11: the vertical distribution of the stresses along the Z axis is substantially symmetrical.
  • FIG. 3 illustrates a flowchart of a method according to a second embodiment, making it possible to obtain a layer of interest 12 based on tin germanium with a direct strip structure.
  • the minimum value ⁇ ⁇ ' ⁇ 11111 of stress in tension can be estimated from the article of Gupta et al. entitled Achieving direct band gap in germanium through integration of alloying and external strain, J. Appl.
  • the semiconductor stack 10 comprising such a previously determined layer of interest 12 having properties ⁇ xs n ; ⁇ ⁇ ' ⁇ 11111 ⁇ , and then having a voltage stress of value a g , min .
  • the values Og mm and Oç TM m are positive insofar as the stress in the plane (X, Y) is in tension.
  • the transfer function G is used to determine the value ⁇ ⁇ ' ⁇ 11111 of the layer of interest 12 from the value Og mm of the semiconductor stack.
  • the transfer function G is parameterized by the characteristics of different layers composing the semiconductor stack 10, namely the mesh parameters, the layer thicknesses and the respective Young and Poisson modules.
  • the parameters of the transfer function G are thus determined, for example by numerical simulation using the COMSOL Multiphysics software, or by checking the following relation:
  • said semiconductor stack 10 is determined beforehand so that:
  • the semiconductor stack 10 has an initial stress in voltage> 0 less than the value Og mm , and that
  • the initial value may be a positive (voltage ), null or negative (in compression).
  • a structuring of the semiconductor stack 10 is determined so as to form the structured part 20 described above.
  • the structuring is determined so that the suspension of the structured part 20 causes the increase in the stress of the central portion 21, from the initial value to the final value ⁇ ⁇ , this being then greater than or equal to a g , min .
  • the transfer function F is essentially parameterized by the dimensions of the structured part 20, and in particular by the average width of the tensioning arms 22 and that of the central portion 21.
  • the transfer function may be identical or similar to the amplification factor f mentioned above with reference to relation (2).
  • the parameters of the transfer function F are thus determined, for example by numerical simulation using the COMSOL M ultiphysics software or by checking the relation (2) mentioned above.
  • a fifth step 150 the structured part 20 is suspended by etching the sacrificial layer 2 located under the structured part 20.
  • atomic tin as described in the article Wirths 2013 cited above. It is then possible to obtain a direct band structure for a GeSn-based layer of interest 12 having an atomic proportion of tin of less than 14%, even less than 10%, or even less than 8%, or less.
  • the stack and the layers that form it may have crystalline quality preserved when the respective thicknesses are less than the critical thicknesses.
  • FIGS. 4A to 4C illustrate various steps of a method for producing a semiconductor structure 40 according to a third embodiment, the semiconductor structure 40 comprising the multilayered layer 10 with a layer of interest 12 based on tin germanium. described above, and being secured by direct bonding on the support layer 1.
  • This method is similar to that described in the application FR1559283 filed on September 30, 2015, which is incorporated herein by reference.
  • only the semiconductor stack 10 is illustrated, and not the nucleation layer 11 and the layer of interest 12.
  • the central portion 21 of the semiconductor stack 10 is voltage-stressed and then has an elastic energy Ee, which, in the first order, can be written as: Ee ⁇ o f s .e .V f s, where f s o is the mean value of the tensile stress in the plane (X, Y), e f s the average value of strain corresponding to the stress suffered, and V the volume of the central portion 21.
  • direct bonding also called molecular bonding or adhesion by molecular adhesion means the joining of two surfaces of identical or different materials against each other, without adding a sticky layer (glue type, glue, etc. ..) but through the attractive forces of atomic or molecular interaction between the surfaces to be bonded, for example Van der Walls forces, hydrogen bonds, or even covalent bonds.
  • the semiconductor stack 10, secured by direct bonding on the support layer 1, then has a bonding energy which, in the first order, can be written: Ec ⁇ E S .S, where E s is the surface energy of bonding (It is assumed here that the surfaces to be bonded have a substantially equal surface energy) and S the extent of the bonded surfaces.
  • the molecular bonding implemented here may be hydrophilic or hydrophobic type.
  • the bonding is hydrophilic when it relates to the adhesion of hydrophilic surfaces, that is surfaces having the ability to bind with water molecules by an adsorption mechanism.
  • the bonding then involves hydrogen bonding forces whose interaction intensity is particularly high.
  • the hydrophilic surfaces are terminated by hydroxyl groups (-OH).
  • the bonding may be hydrophobic and then involve surfaces that do not have the ability to adsorb water.
  • the hydrophobic surfaces may be saturated with atoms such as hydrogen or fluorine.
  • An embodiment of a semiconductor structure is described below by way of illustration, comprising the tin-germanium layer of interest layer 12 located in the structured part 20, the semiconductor structure 40 being adhered by molecular adhesion to a support layer 1 of silicon.
  • a semiconductor stack 10 is made comprising the structured part 20 (not shown), resting on the support layer 1 via a sacrificial layer 2.
  • the semiconductor stack 10 comprises the Interest 12 based on tin germanium (not shown), and is identical or similar to the semiconductor stacks described above.
  • a cavity 3 is produced under the structured part 20 so as to suspend it above a surface made free of the support layer 1.
  • the semiconductor stack 10 then passes from the initial value to the final value o f s of stress in the plane (X, Y), the final value then being greater than or equal to a g , min .
  • the layer of interest 12 goes from the initial value to a final value a f ci of stress in the plane (X, Y), this final value preferably being greater than or equal to ⁇ ⁇ ' ⁇ 11111 , so that the layer of interest 12 has a direct band structure.
  • the structured part 20 is brought into contact with the free surface 4 of the support layer 1.
  • the structured part 20 can be immersed in a liquid solution, for example alcohol or acidified deionized water (pH close to 2), then the liquid is evaporated.
  • a liquid solution for example alcohol or acidified deionized water (pH close to 2)
  • the structured part 20 naturally comes into contact with the free surface 4 of the support layer 1.
  • the structured part 20 rests on the support layer 1, so that the lower surface of at least a part of the tensioning arms 22 is in contact with the free surface 4 of the support layer 1.
  • the lower surface of the central portion 21 may be totally, partially, or not in contact with the free surface 4. The bringing into contact of these surfaces ensures a direct bonding of the structured part
  • the support layer 1 here of hydrophobic type insofar as the surfaces are solidified to one another by means of hydrogen bonds.
  • the hydrophobic bonding energy is here of the order of 5 mJ / m 2 .
  • contacting By contacting is meant the contact of the lower surface 23 of the structured part 20 with the free surface 4 of the support layer 1.
  • These surfaces may be formed of the material comprising mainly the layers or an intermediate material different from this main material.
  • the structured part 20 and the support layer 1 may thus comprise a thin layer of an intermediate material obtained for example by deposition or by oxidation, preferably after formation of the cavity 3.
  • the structured part 20 and the support layer 1 do not include interlayer material.
  • a structured part 20 of the semiconductor stack 10 bonded to the free surface 4 of the support layer 1.
  • the bonded structured part 20 comprises the central portion 21 and a portion of the tensioning arms 22.
  • the part not bonded tensor arms 22 is located in the zone where they join the peripheral portion 30 of the semiconductor stack 10, the latter resting on the non-etched portion of the sacrificial layer 2.
  • the step of suspending and bringing the structured part 20 into contact with the free surface 4 of the support layer 1 can be carried out at the same time.
  • the cavity 3 is for example made by wet etching by liquid HF or even by HF steam at high pressure.
  • the vapor stream may comprise hydrofluoric acid at 60 torr partial pressure, alcohol at 0.1 torr and nitrogen at 75 torr.
  • the gas flow then leads to a higher etching rate than that mentioned above, for example of the order of 100 nm / min, during an off-equilibrium etching reaction.
  • drops of water and hydrofluoric acid, produced by the chemical reaction are formed in the cavity 3 and cause, by evaporating, causing the structured part 20 to come into contact with the free surface 4 of the support layer 1 .
  • E c E s (t + Sb S pc)
  • Es is the surface energy evaluated from the relationship shown in Figure 5C
  • Sbt and Sp C are the respective bonded surfaces of the tensor arms 22 and the central portion 21.
  • the bonding energy tends to stabilize the structured part 20 bonded and to avoid any relaxation of stresses likely to modify its mechanical strength and its crystalline structure, and thus to degrade its electrical and / or optical properties;
  • e is the average thickness of the semiconductor stack 10
  • a s bt and a s ⁇ pc the mean values of the voltage stresses undergone, respectively, by the tensor arms 22 and the central portion 21, gb and s pc mean values of the corresponding deformations.
  • the elastic energy tends to destabilize the bonded central part so as to relax the stresses naturally.
  • the bonding energy comprises a predominant term related to the bonded surface of the tensioning arms 22, it is generally greater than the bonded surface of the central portion 21.
  • the elastic energy comprises a preponderant term related to the deformation of the central portion 21, insofar as the tensor arms 22 have an average deformation value close to the residual deformation value, this being less than the value of the deformation undergone by the central portion 21.
  • the bonding energy must be greater than the elastic energy, which is translated in the first order by the following inequality:
  • the molecular bonding of the structured part 20 is reinforced on the support layer 1, so as to obtain an energy value Es surfacic bonding greater than or equal to the minimum value E s mm previously determined.
  • a heat treatment is carried out, in the form of a consolidation annealing, in which the stack is subjected to an annealing temperature Tr for a few minutes to a few hours.
  • the annealing temperature may be 200 ° C. applied for 2 hours, which increases here the hydrophobic bonding surface energy from 5 mJ / m 2 to 100 mJ / m 2 .
  • the annealing temperature is between a minimum value which depends in particular on the minimum bonded surface Sbt mm of tensioning arms 22 which it is desired to maintain and a maximum value which depends in particular on the crystalline quality to be preserved from the semiconductor stack 10.
  • the maximum value of the annealing temperature can thus be lower than the epitaxial growth temperature of the semiconductor stack 10.
  • a distal portion 24 of the tensioning arms 22 is etched away so as to separate or individualize the structured part 20 with respect to the peripheral portion 30.
  • separating, distinguishing or individualizing here is meant that the structured part 20 is no longer connected to the peripheral part 30 by the tensor arms 22.
  • distal portion 24 of the tensor arms 22 with respect to the central portion 21 means the zone of the tensioning arms 22 remote from the central portion 21 and forming the connection with the peripheral portion 30.
  • the distal portion of the Tensioning arms 22 so that the bonded structured part 20 has a bonded surface value Sbt of the tensor arms 22 greater than or equal to the minimum value Sbt min previously determined.
  • the bonded surface of the tensor arms 22 is sufficient for the bonded structured portion to have a bonding energy greater than its elastic energy.
  • the GeSn-based layer of interest 12 has a direct band structure.
  • FIG. 5A is illustrated the semiconductor structure 40 with a central portion 21, obtained by separating the structured portion 20 from the peripheral portion 30, by etching the distal zone of the tensioning arms 22 connecting with the peripheral portion 30.
  • FIG. 5B illustrates the semiconductor structure 40 obtained from the structured portion 20 bonded by etching the connecting zone of the tensor arms 22 to the peripheral portion 30 (this also being removed).
  • FIG. 5C illustrates an example of a relationship between the surface energy of bonding between a germanium surface of the nucleation layer 11 and a silicon surface of the support layer 1, as a function of the annealing temperature, in the case of a hydrophilic type bonding and a hydrophobic type bonding.
  • the surface energy of bonding has a lower value in the hydrophobic case than in the hydrophilic case. The trend then reverses from around 600 ° C.
  • the surface energy increases as soon as an annealing at about 100 ° C is applied, and one goes from an energy of the order of 100 mJ / m 2 at room temperature to U / m 2 after annealing at about 200 ° C.
  • the hydrophobic case one goes from an energy of the order of 5 mJ / m 2 at ambient temperature to 100 mJ / m 2 after annealing at about 200 ° C.
  • a surface treatment step of the structured part 20 and of the free surface 4 of the layer is carried out support 1, in order to subsequently ensure the hydrophilic molecular bonding of these elements.
  • the surface 23 of the structured part 20 faces the cavity 3 and the free surface 4 of the support layer 1 so that they are each formed of a thin oxide layer 41A, 41B or nitride, of a thickness of a few nanometers to a few tens of nanometers.
  • the structured part 20 and the support layer 1 are covered, at the level of the cavity 3, with a thin layer 41A, 41B, referred to as an oxide interlayer made by oxidation, for example obtained by setting the free air from this area of the stack for a sufficient time, for example lh.
  • a thin layer 41A, 41B referred to as an oxide interlayer made by oxidation, for example obtained by setting the free air from this area of the stack for a sufficient time, for example lh.
  • They can also be obtained by an O3 plasma oxidation technique, for example at room temperature, or even by a plasma oxidation technique O 2 , for example at a temperature of 250 ° C.
  • the thin layers of oxide or nitride are obtained by a thin film deposition technique, for example of the type ALD (for Atomic Rent Deposition, in English) assisted or not by plasma.
  • the structured part 20 is then brought into contact with the free surface 4 of the support layer 1, for example by immersing the suspended structured part 20 in a liquid solution, for example alcohol or acidified deionized water (pH close to 2), then evaporating the liquid.
  • a liquid solution for example alcohol or acidified deionized water (pH close to 2)
  • the hydrophilic bonding energy is here of the order of 100 mJ / m 2 .
  • These intermediate layers 41A, 41B have a thickness of the order of a few tens of nanometers to one or several hundred nanometers, and are advantageously dielectric and can provide electrical insulation of the central portion 21 vis-à-vis the layer support 1.
  • a step is then made to determine the minimum value of bonding surface energy E s mm , here hydrophilic, and the minimum value of bonded surface Sbt min of the tensioning arms 22, necessary for the hydrophilic bonding energy of the structured part 20 is greater than the elastic energy of the same structured part 20.
  • a step is then carried out for reinforcing the molecular bonding of the structured part 20 secured to the support layer 1, so as to obtain a hydrophilic bonding surface energy value ES greater than or equal to the minimum value E s min determined. previously.
  • a heat treatment is carried out, in the form of a consolidation annealing, in which the stack is subjected to an annealing temperature Tr for a few minutes to a few hours.
  • the annealing temperature may be 200 ° C. applied for 2 hours, which increases here the hydrophilic bonding surface energy from 100 mJ / m 2 to U / m 2 .
  • a distal portion 24 of the tensor arms 22 is etched away in order to individualize the structured part 20 with respect to the peripheral portion 30.
  • This step is similar to the step described above with reference to Figure 5C and is not detailed further here.
  • the central layer comprises the layer of interest 12 based on GeSn whose band structure is advantageously direct.
  • the method according to this embodiment is therefore different from the previously described process essentially by hydrophilic bonding, whose intensity is greater than that of the hydrophobic bonding to annealing temperatures of the order of 500 ° C to 600 ° C, and by the presence of a layer 41A, 41B of an intermediate oxide or nitride at the interface between the structured portion 20 and the support layer 1, whose dielectric property provides electrical insulation between these elements.
  • This interlayer material in addition to an electrical insulation function, can also provide a heat removal function possibly produced at the central portion 21, in the case where the latter forms an emitting layer of a light source.
  • a plurality of semiconductor structures 40 can be collectively and simultaneously produced from the same semiconductor stack 10. The semiconductor structures are then adjacent and separated from each other. Thus, each semiconductor structure 40 is distinct from its neighbors, that is to say not attached to the corresponding peripheral part 30 of the same semiconductor stack 10.
  • FIGS. 7A and 7B show, schematically, sectional views of two examples of an optoelectronic device with non-coherent light emission.
  • the optoelectronic device is here an electroluminescent diode.
  • the light-emitting diode here comprises a semiconductor structure 40 obtained by the embodiment method according to the fourth embodiment, that is to say involving a hydrophilic molecular bonding.
  • the semiconductor structure 40 comprises a central portion 21 in voltage in which the layer of interest 12 based on GeSn (not shown) preferably has a direct band structure. It is secured to the support layer 1 by hydrophilic molecular bonding, which results in the presence of an intermediate material 41A, 41B, here a silicon oxide, located at the interface between the germanium of the nucleation layer 11 (not shown) of the semiconductor stack 10 and the silicon of the support layer 1.
  • the support layer 1 is here a silicon top layer of a substrate, for example of the SOI type. It is based on an oxide layer 5 located between the support layer 1 and a thick lower layer 6 of silicon.
  • the semiconductor structure 40 further comprises an encapsulation layer 42 which covers the central portion 21 and the tensioning arms 22.
  • This encapsulation layer 42 may be of a dielectric material having a good thermal conductivity, such as ⁇ 2 ⁇ 3 or the S13N4.
  • the S13N4 may also contribute to inducing a voltage stress in the semiconductor stack 10.
  • the central portion 21 comprises a PIN junction formed by implanting dopants (phosphorus and boron) so as to form an N doped zone 45 adjacent to a
  • an intrinsic zone 44 (unintentionally doped) separates the N and P doped zones.
  • the PIN junction extends substantially vertically through the central portion 21 and therefore the layer of interest. 12 based on GeSn (not shown), in the direction of the support layer 1.
  • two pads 46A, 46B of an electrically conductive material are present at the doped areas, forming electrical contacts.
  • the light-emitting diode can be obtained in the following manner. Firstly, the semiconductor stack 10 according to the second embodiment is produced so that the GeSn-based layer 12 of interest has a direct band structure, then the semiconductor structure 40 is produced by the method according to the fourth embodiment. embodiment (hydrophilic bonding). Doped areas 43, 45 are then produced by impurity implantation, for example phosphorus and boron. The electrical contacts 46A, 46B are then made. An encapsulation layer 42 is then deposited and then flattened by a chemical mechanical polishing technique (CMP), then locally etched to make the electrical contacts accessible.
  • CMP chemical mechanical polishing technique
  • FIG. 7B illustrates a variant of the light-emitting diode illustrated in FIG. 7A, which differs essentially from it in that a PIN junction extends substantially parallel to the plane of the support layer 1.
  • the central portion 21 is structured in its thickness, so as to have a lower portion 43 based GeSn doped according to a first type of conductivity, here of P type, based on the nucleation layer 11 (not shown).
  • This P-doped part 43 is connected to the tensor arms 22 and has a mean thickness substantially identical to that of the arms.
  • On the doped lower portion P rests an upper portion 45 based on GeSn doped according to a second type of conductivity, here N-type.
  • An intrinsic part 44 based on GeSn is situated between the N-doped upper portion 45 and the lower portion 43.
  • doped P and here has dimensions in the plane (X, Y) substantially identical to those of the upper part.
  • the intrinsic portion 44 advantageously corresponds to the layer of interest 12 with a direct band structure (not shown).
  • the P, N-doped portions 43, 45 and the intrinsic portion 44 form together a PIN junction which extends in a plane substantially parallel to the plane (X, Y).
  • Two pads 46A, 46B of an electrically conductive material, forming electrical contacts, are arranged on the N-doped upper part and on a free zone of the P-doped lower part.
  • FIGS. 8A and 8B schematically represent a sectional view of the examples of an optoelectronic device with coherent light emission. More precisely, the optoelectronic device is here a laser source with optical or electrical pumping.
  • the laser source here comprises a semiconductor structure 40 obtained by the embodiment method according to the fourth embodiment, that is to say involving a hydrophilic molecular bonding.
  • the laser source here comprises a semiconducting structure 40 formed of a central portion 21 of the GeSn-based layer of interest voltage stack 12 (not shown) advantageously having a direct band structure and secured to the support layer. 1 by hydrophilic molecular bonding.
  • the layer of interest 12 of the semiconductor structure 40 is here intrinsic or even doped, for example with phosphorus to populate the indirect valley of the conduction band, and an optical cavity is made inside which is located the central portion 21, which here forms a gain medium capable of emitting light.
  • two Bragg mirrors 47A, 47B are disposed on the upper face of the tensioning arms 22, preferably in an area where the deformation of the tensor arms 22 is substantially equal to the residual value.
  • FIG. 8B illustrates a variant of the light-emitting diode illustrated in FIG. 8A, which differs essentially from it in that a PIN junction extends substantially parallel to the plane of the support layer 1 in the central portion. 21.
  • the central portion 21 here comprises a stack of a first lower part 43 based on GeSn, located near the support layer 1 (and separated therefrom by the nucleation layer 11), doped according to a first type of conductivity, for example of P type, covered with an intrinsic intermediate portion 44 corresponding to the layer of interest 12 (not shown), itself covered with an upper portion 45 based on GeSn doped according to a second type of conductivity opposite to the first type, for example N type.
  • An optical cavity similar to that described with reference to FIG. 8A, is made at the level of the upper face of the tensor arms 22.
  • two ntacts are provided for contacting one with the N-doped upper part and the other with the P-doped lower part.
  • FIGS. 9A to 9F schematically show a sectional view of various steps of an exemplary method for producing a laser source in which the optical cavity is made at the level of the support layer 1.
  • a layer of a semiconductor material 8, here germanium, on a substrate 7 of silicon (FIG. 9A).
  • the germanium layer 8 is then covered with an oxide layer 9, and H + ions are then implanted in the germanium layer 8 (dotted line in FIG. 9B).
  • a silicon layer 1 is then produced for forming the support layer 1, here in the form of an SOI substrate, in which at its surface, two Bragg mirrors 47A, 47B (or equivalent optical elements) are produced intended to form an optical cavity.
  • the surface of the support layer 1 is then covered with an oxide layer.
  • the SOI substrate is secured to the surface of the oxide layer 9 (FIG. 9C).
  • the rupturing of the germanium layer 8 is carried out at the level of the ion implantation zone and thus an assembly of a germanium layer forming the nucleation layer of the stack 10 bonded to a support layer 1 is obtained.
  • a germanium layer forming the nucleation layer of the stack 10 bonded to a support layer 1 is obtained.
  • the two Bragg mirrors 47A, 47B are buried in the support layer 1 at the interface with the sacrificial layer 2 (FIG. 9D).
  • the semiconductor stack 10 is produced according to the first or second embodiment, comprising a layer of interest 12 based on GeSn (not shown), preferably with direct band structures.
  • a semiconductor structure 40 is then obtained from the method according to the second embodiment.
  • the Bragg mirrors are thus arranged facing the tensor arms 22, or even facing the central portion 21, and frame the central portion 21 so as to form an optical cavity (Figure 9E).
  • An encapsulation layer 42 for example made of silicon oxide, is then deposited, which covers the semiconductor structure 40.
  • a PIN junction 43, 44, 45 is made through the central layer 21 and thus the layer of interest. 12 (not shown), then electrical contacts 46A, 46B are made (FIG. 9F).
  • the support layer 1 may have been previously structured so as to form the core of a waveguide surrounded by a sheath formed by silicon oxide, the core extending substantially opposite the central portion 21.
  • optoelectronic devices described above are only for illustrative purposes.
  • Other optoelectronic devices can be made, for example optically or electrically pumped laser sources, with PN or PIN junctions or not, or even light-emitting diodes or photodetectors.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

L'invention porte sur un procédé de réalisation d'une couche (12) contrainte en tension à base de germanium étain (GeSn), comportant les étapes suivantes : réalisation d'un empilement semiconducteur (10), comportant une couche à base de germanium étain (GeSn) et présentant une valeur initiale non nulle de contrainte en tension; structuration dudit empilement semiconducteur (10) de manière à former : o une partie structurée (20) et une partie périphérique (30), la partie structurée (20) comportant une portion centrale (21) reliée à la partie périphérique (30) par au moins deux portions latérales (22), o les portions latérales (22) présentant une largeur moyenne (b) supérieure à une largeur moyenne (a) de la portion centrale (21); suspension de la partie structurée (20), la portion centrale (21) présentant alors une valeur finale de contrainte en tension supérieure à la valeur initiale.

Description

PROCEDE DE REALISATION D'UNE COUCHE CONTRAINTE EN TENSION A BASE DE
GERMANIUM ETAIN
DOMAINE TECHNIQUE
[001] Le domaine de l'invention est celui de la réalisation d'une couche contrainte en tension à base de germanium étain GeSn, dans le but notamment d'obtenir une structure de bandes d'énergie directe. L'invention s'applique en particulier à la réalisation d'un dispositif microélectronique ou optoélectronique comportant une telle couche à base de GeSn en tension.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
[002] Dans diverses applications microélectroniques ou optoélectroniques, il peut être avantageux d'utiliser une couche contrainte en tension réalisée à base de germanium étain. C'est le cas notamment des transistors haute performance où la contrainte subie par le matériau se traduit par une augmentation de la vitesse de déplacement des porteurs de charge, ce qui améliore les performances d'un tel transistor. C'est le cas également des sources de lumière telles que les lasers à pompage électrique, pour lesquelles la couche émissive à base de germanium étain peut présenter une structure de bandes d'énergie directe par l'application d'une contrainte en tension de valeur suffisante.
[003] L'article de Wirths et al inititulé Tensely strained GeSn alloy as optical gain média, Appl. Phys. Lett. 103, 192110 (2013) décrit un exemple de procédé de réalisation d'une couche contrainte en tension à base de germanium étain. Ce procédé comprend la croissance d'une couche épaisse intermédiaire de Gei-ySny, partiellement ou totalement relaxée, sur une couche de nucléation en germanium, puis la croissance sur la couche intermédiaire d'une couche mince de Gei-xSnx, dite d'intérêt, dont la proportion atomique d'étain xsn est inférieure à celle ysn de la couche intermédiaire. La couche intermédiaire est dite épaisse dans le sens où son épaisseur est supérieure à l'épaisseur critique à partir de laquelle les contraintes mécaniques subies par la couche relaxent plastiquement. La couche épaisse intermédiaire de Gei-ySny présente, au niveau de sa surface supérieure, un paramètre de maille supérieur à celui de la couche d'intérêt de Gei-xSnx, ce qui permet de contraindre en tension la couche d'intérêt. Dans cette configuration, il est attendu qu'une couche mince de Gei-xSnx présente une structure de bandes d'énergie directe lorsque xsn est inférieure à 10% et lorsque ysn est supérieure ou égale à 12%. Les auteurs obtiennent effectivement une couche mince à structure de bandes directe pour xsn=8% et ysn=12%. [004] Cependant, ce procédé de réalisation nécessite la réalisation d'une couche intermédiaire à forte proportion atomique d'étain pour la mise en tension de la couche d'intérêt Gei-xSnx. Or, la réalisation d'une telle couche à forte proportion atomique d'étain et de bonne qualité cristalline est particulièrement difficile à obtenir du fait, d'une part, de la différence importante entre le paramètre de maille du germanium (aGe=5,658Â) et celui de l'étain (asn=6,489Â), et, d'autre part, de la différence entre la température de fusion du germanium (950°C environ) et celle de l'étain (240°C environ) qui peut conduire à une démixtion de l'étain.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
[005] L'invention a pour objectif de remédier au moins en partie aux inconvénients de l'art antérieur, et plus particulièrement de proposer un procédé de réalisation d'une couche dite d'intérêt, contrainte en tension, à base de germanium étain, ne nécessitant pas de réaliser une couche intermédiaire à base de germanium étain à forte proportion d'étain. Pour cela, l'objet de l'invention est un procédé de réalisation d'une couche contrainte en tension à base de germanium étain, comportant les étapes suivantes :
réalisation d'un empilement semiconducteur reposant sur une couche support par l'intermédiaire d'une couche sacrificielle, ledit empilement semiconducteur comportant une couche de nucléation et une couche dite d'intérêt à base de germanium étain épitaxiée à partir de la couche de nucléation, ledit empilement présentant une valeur initiale non nulle de contrainte en tension ;
structuration dudit empilement semiconducteur de manière à former :
o une partie structurée et une partie périphérique, la partie structurée comportant une portion centrale reliée à la partie périphérique par au moins deux portions latérales opposées l'une à l'autre vis-à-vis de la portion centrale,
o les portions latérales présentant une largeur moyenne supérieure à une largeur moyenne de la portion centrale ;
suspension de la partie structurée pa r gravure de la couche sacrificielle située sous la partie structurée, la portion centrale dite suspendue présentant alors une valeur finale de contrainte en tension supérieure à la valeur initiale.
[006] Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé sont les suivants.
[007] Le procédé peut comporter les étapes suivantes :
préalablement à l'étape a) de réalisation, estimation d'une valeur de proportion atomique d'étain et d'une première valeur minimale de contrainte en tension pour lesquelles la couche d'intérêt présente une structure de bandes d'énergie directe ; et
détermination d'un empilement semiconducteur comportant une couche de nucléation et ladite couche d'intérêt estimée, et présentant une deuxième valeur minimale de contrainte en tension ;
réalisation dudit empilement semiconducteur de sorte qu'il présente ladite valeur initiale non nulle de contrainte en tension et que la couche d'intérêt présente une valeur initiale inférieure à ladite première valeur minimale ;
détermination de la structuration de sorte que, après l'étape de suspension, la portion centrale de la partie structurée présente une valeur finale de contrainte en tension supérieure ou égale à ladite deuxième valeur minimale, ladite couche d'intérêt ayant alors une valeur finale de contrainte en tension supérieure ou égale à ladite première valeur minimale et présentant alors une structure de bandes d'énergie directe.
[008] La couche de nucléation peut être réalisée en un composé semiconducteur présentant un paramètre de maille, dit naturel, inférieur à celui du matériau à base de germanium étain de la couche d'intérêt.
[009] L'empilement semiconducteur peut comporter au moins une couche située entre la couche d'intérêt et la couche de nucléation réalisée en un composé semiconducteur présentant un paramètre de maille, dit naturel, inférieur ou égal à celui du matériau à base de germanium étain de la couche d'intérêt.
[0010] L'empilement semiconducteur peut présenter une épaisseur inférieure à une épaisseur dite critique.
[0011] Chaque couche de l'empilement semiconducteur peut présenter une épaisseur inférieure à une épaisseur dite critique.
[0012] L'empilement semiconducteur peut comporter des couches supérieure et inférieure à base de germanium étain, dopées selon des types de conductivité différents, situées de part et d'autre de la couche d'intérêt, celle-ci étant non intentionnellement dopée.
[0013] Entre les couches dopées supérieure et inférieure d'une part et la couche d'intérêt d'autre part, peut se situer au moins une couche dite barrière à base de germanium, ou à base de germanium étain dont la proportion atomique en étain est inférieure à la valeur de la proportion atomique d'étain de la couche d'intérêt. [0014] Le procédé peut comporter une étape de gravure partielle de la couche de nucléation, cette gravure étant sélective vis-à-vis de la couche d'intérêt, de manière à supprimer la couche de nucléation au niveau de la portion centrale et à en préserver au moins une partie au niveau des portions latérales.
[0015] La proportion atomique d'étain de la couche d'intérêt peut être inférieure à 10%.
[0016] Le procédé peut comporter en outre une étape de mise en contact de la partie structurée avec une surface rendue libre de la couche support, de manière à rendre solidaire par collage moléculaire la partie structurée de la couche support.
[0017] Le procédé peut comporter en outre les étapes suivantes :
- détermination d'une valeur minimale d'énergie de collage moléculaire de la partie structurée sur la couche support, ainsi qu'une valeur minimale de surface collée des portions latérales, ces valeurs minimales étant telles que ladite énergie de collage moléculaire est supérieure à une énergie élastique de la partie structurée ;
recuit de consolidation à une température de recuit telle que l'énergie de collage moléculaire présente une valeur supérieure ou égale à ladite valeur minimale préalablement déterminée ; puis
gravure d'une partie dite distale des portions latérales vis-à-vis de la portion centrale, de sorte que la surface collée des portions latérales présente une valeur supérieure ou égale à ladite valeur minimale préalablement déterminée.
[0018] L'étape de suspension et l'étape de mise en contact peuvent être effectuées par gravure de la couche sacrificielle par HF en phase vapeur éventuellement suivie par le dépôt puis l'évaporation d'un liquide entre la partie structurée suspendue et la couche support, et dans lequel, lors de l'étape de recuit, la température de recuit est supérieure ou égale à 200°C.
[0019] Le procédé peut comporter, lors de l'étape de suspension, une oxydation ou une nitruration d'une surface rendue libre de la couche support ainsi que d'une surface inférieure de la partie structurée orientée vers la surface libre, et dans lequel, lors de l'étape de recuit, la température de recuit est supérieure ou égale à 100°C.
[0020] A la suite de l'étape de suspension, des couches diélectriques, issues de l'oxydation ou de la nitruration effectuée, peuvent être formées au niveau de la partie structurée et de la couche support, qui présentent une épaisseur de préférence supérieure ou égale à lOnm.
[0021] L'invention porte également sur un procédé de réalisation d'un dispositif microélectronique ou optoélectronique comportant ladite couche d'intérêt à base de germanium étain obtenue par le procédé selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes, dans lequel on réalise une jonction PN dans la couche d'intérêt, ou une jonction PIN au niveau de ladite couche d'intérêt, celle-ci étant alors non intentionnellement dopée.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
[0022] D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
les figures 1A, 1B et 1C sont des vues schématiques, en coupe (fig.lA et 1C) et de dessus (fig.lB), d'un empilement comportant une couche d'intérêt à base de germanium étain, pour différentes étapes d'un procédé selon un premier mode de réalisation ;
les figures 2A, 2B, 2C sont des vues schématiques, en coupe (fig.2A et 2B) et de dessus (fig.2C), d'un variante de l'empilement illustré sur les figures 1A à 1C ;
la figure 3 illustre un organigramme d'un procédé selon un deuxième mode de réalisation, permettant d'obtenir une couche d'intérêt à structure de bandes directe ;
les figures 4A, 4B et 4C sont des vues schématiques, en coupe, d'une structure semiconductrice pour différentes étapes d'un procédé selon un troisième mode de réalisation ;
les figures 5A et 5B sont des vues schématiques, de dessus, d'une structure semiconductrice, respectivement avec et sans la partie périphérique ; et la figure 5C est un exemple de relation entre l'énergie surfacique de collage en fonction de la température de recuit, pour un collage hydrophile et pour un collage hydrophobe ;
les figures 6A, 6B et 6C sont des vues schématiques, en coupe, d'une structure semiconductrice, pour différentes étapes d'un procédé selon un quatrième mode de réalisation faisant intervenir une étape de collage hydrophile ;
les figures 7A et 7B sont des vues schématiques, en coupe, d'un dispositif optoélectronique à émission de lumière non cohérente comportant une structure semiconductrice obtenue à partir du procédé selon le quatrième mode de réalisation ;
les figures 8A et 8B sont des vues schématiques, en coupe, d'un dispositif optoélectronique à émission de lumière cohérente comportant une structure semiconductrice obtenue à partir du procédé selon le quatrième mode de réalisation ; les figures 9A à 9F représentent, de manière schématique et en coupe, différentes étapes d'un exemple de procédé de réalisation d'une source laser comportant un empilement semiconducteur obtenu par le procédé selon le premier ou le deuxième mode de réalisation.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
[0023] Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l'échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux. Sauf indication contraire, les termes « sensiblement », « environ », « de l'ordre de » signifient à 10% près.
[0024] L'invention concerne d'une manière générale un procédé de réalisation d'une couche dite d'intérêt à base de germanium étain contraint en tension, dans le but notamment d'obtenir une structure de bandes d'énergie directe.
[0025] Par couche contrainte, on entend une couche réalisée en un matériau semiconducteur monocristallin présentant une contrainte mécanique en tension ou en compression, entraînant une déformation des mailles du réseau cristallin du matériau. La couche est contrainte en tension lorsqu'elle subit une contrainte mécanique qui tend à étirer les mailles du réseau dans un plan. Cela se traduit alors par la présence d'une contrainte en compression orientée suivant un axe sensiblement orthogonal au plan d'étirement. Dans le cadre de l'invention, la couche d'intérêt à base de germanium étain est destinée à être contrainte en tension dans le plan de la couche, ce qui se traduit par le fait que son paramètre de maille présente une valeur dite effective supérieure à sa valeur dite naturelle lorsque le matériau est relaxé, i.e. non contraint. Dans la suite de la description, sauf indication contraire, la contrainte considérée est orientée dans le plan de la couche.
[0026] Par couche d'intérêt à base de germanium étain GeSn, on entend que la couche d'intérêt est réalisée en un alliage Gei-xSnx comprenant du germanium et de l'étain. L'alliage de germanium étain peut être un alliage binaire Gei-xSnx, ternaire, par exemple SiyGei-x-ySnx, voire quaternaire ou plus. On note xsn la proportion atomique d'étain dans l'alliage. La couche d'intérêt à base de germanium étain est de préférence formée en un alliage homogène en termes de proportion atomique des éléments formant l'alliage et en termes de valeurs d'un éventuel dopage.
[0027] Par structure de bandes directe ou sensiblement directe, on entend que le minimum d'énergie de la vallée L (ou vallée indirecte) est supérieur ou sensiblement égal au minimum d'énergie de la vallée Γ (ou vallée directe) de la bande de conduction, autrement dit : ΔΕ = Emin,i_- Emin,r≥ 0. Par sensiblement égal, on entend ici que cette différence d'énergie est de l'ordre de grandeur ou inférieure à kT, où k est la constante de Boltzmann et T la température du matériau. Dans le cadre de l'invention, la couche d'intérêt est initialement réalisée à base de germanium étain dont la structure de bandes d'énergie est indirecte lorsque le matériau ne présente pas une contrainte en tension suffisante, autrement dit ΔΕ < 0, et peut ensuite présenter une déformation en tension suffisante pour rendre directe sa structure de bandes.
[0028] Les figures 1A, 1B et 1C illustrent différentes étapes d'un procédé de réalisation de la couche d'intérêt à base de germanium étain contraint en tension, selon un premier mode de réalisation.
[0029] On définit ici et pour la suite de la description un repère direct tridimensionnel (Χ,Υ,Ζ), où les axes X et Y forment un plan parallèle au plan d'une couche support, et où l'axe Z est orienté suivant l'épaisseur des couches. Dans la suite de la description, les termes « vertical » et « verticalement » s'étendent comme étant relatifs à une orientation sensiblement parallèle à l'axe Z. Par ailleurs, les termes « inférieur » et « supérieur » s'étendent comme étant relatifs à un positionnement croissant lorsqu'on s'éloigne de la couche support suivant la direction +Z.
[0030] En référence à la figure 1A, on réalise un empilement semiconducteur 10 comportant des couches semiconductrices, dont au moins une couche de nucléation 11 et la couche d'intérêt 12 à base de germanium étain, ici réalisée en alliage binaire de germanium étain Gei-xSnx, celle-ci étant épitaxiée à partir de la couche de nucléation 11. L'empilement semiconducteur 10 recouvre une couche sacrificielle 2 reposant sur une couche support 1.
[0031] La couche support 1 peut être réalisée en un matériau semiconducteur, électriquement conducteur ou diélectrique. Ce matériau peut présenter une épaisseur de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres à quelques centaines de microns, par exemple être comprise entre lOnm et 700μιη, voire comprise entre 500nm et ΙΟΟμιη. I l est ici réalisé en silicium, mais il peut plus généralement être choisi, entre autres, parmi le silicium, le saphir, le borosilicate, la silice, le verre, le quartz. [0032] La couche sacrificielle 2 peut être réalisée en un matériau apte à être gravé sélectivement par rapport au matériau de la couche support 1 et aux matériaux de l'empilement semiconducteur 10. Il peut être un oxyde de silicium (par exemple Si02) ou un nitrure de silicium (par exemple S13N4). La couche sacrificielle 2 peut présenter une épaisseur de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres à quelques microns, par exemple être comprise entre lOnm et ΙΟμιη, voire comprise entre 500nm et 5μιη. Elle est ici réalisée en oxyde de silicium S1O2.
[0033] La couche de nucléation 11 peut être réalisée en un matériau semiconducteur monocristallin adapté à la nucléation, ou germination, de la couche d'intérêt 12 à base de GeSn. Le matériau de la couche de nucléation 11 peut être choisi parmi les éléments ou composés de la colonne IV de la classification périodique, tel que le germanium, le silicium, l'étain, et les alliages formés de ces éléments tels que GeSn, SiGeSn, SiGe. Il peut également être choisi parmi les composés comportant des éléments des colonnes III et V, tels que GaP, AlP, AlAs, InGaAs, InP, AIGas, voire parmi les composés comportant des éléments des colonnes II et VI, tels que ZnS, ZnSe, CdZnTe, CdTe.
[0034] La couche d'intérêt 12 est réalisée en un matériau semiconducteur monocristallin à base de germanium étain et est ici réalisé en un alliage binaire de germanium étain Gei-xSnx. La proportion atomique d'étain xSn est non nulle et peut être comprise entre 1% et 14%, de préférence comprise entre 4% et 10%. Elle présente une épaisseur de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres à quelques centaines de nanomètres voire à quelques microns, par exemple être comprise entre lOnm et Ιμιη.
[0035] De manière préférée, chacune des couches formant l'empilement semiconducteur 10 présente une épaisseur inférieure à son épaisseur dite critique à partir de laquelle les contraintes subies par la couche peuvent relaxer et provoquer l'apparition de défauts structuraux, par exemple des dislocations de désaccord de maille, entraînant alors une dégradation potentielle des propriétés électroniques et/ou optiques de la couche. De préférence également, l'épaisseur de l'empilement semiconducteur 10 est inférieure à son épaisseur critique. On minimise ainsi la dégradation de la qualité cristalline de l'empilement semiconducteur 10 et des couches qui le forment.
[0036] Selon un mode de réalisation, la couche de nucléation 11 peut être réalisée en un matériau présentant un paramètre de maille inférieur à celui de la couche d'intérêt 12. C'est le cas notamment du germanium Ge, et d'un alliage de germanium étain avec une proportion atomique d'étain inférieure à celle de la couche d'intérêt 12. Ainsi, la couche d'intérêt 12 peut présenter une contrainte en compression vis-à-vis de la couche de nucléation 11, notamment lorsqu'elle est au contact de la couche de nucléation 11 ou lorsqu'une couche intermédiaire de même matériau que la couche d'intérêt 12 est située entre celle-ci et la couche de nucléation 11. La couche de nucléation 11 présente de préférence une épaisseur supérieure à celle de la couche d'intérêt 12.
[0037] Selon un autre mode de réalisation, la couche de nucléation 11 peut être réalisée en un matériau présentant un paramètre de maille supérieur à celui de la couche d'intérêt 12. C'est le cas notamment de l'étain et d'un alliage de germanium étain avec une proportion atomique d'étain supérieure à celle de la couche d'intérêt 12. Ainsi, la couche d'intérêt 12 peut présenter une contrainte en tension vis-à-vis de la couche de nucléation 11. La couche de nucléation 11 présente de préférence une épaisseur inférieure à celle de la couche d'intérêt 12.
[0038] Dans le cadre de l'invention, l'empilement semiconducteur 10 est réalisé de telle sorte qu'il présente une contrainte en tension non nulle, c'est-à-dire que la contrainte de l'empilement, dans le plan (X,Y), présente une valeur initiale non nulle et positive. La contrainte de l'empilement 10 correspond à la moyenne des contraintes de chaque couche de l'empilement, selon la relation :
∑N
k=l
où Ek est le module d'Young de la couche k appartenant à l'empilement, d'épaisseur ei<, et £k est la valeur de la déformation subie par la couche k.
[0039] Pour cela, on choisit les matériaux des couches et leurs épaisseurs de sorte que la contrainte de l'empilement 10 dans le plan (X,Y) soit strictement positive, autrement dit, de sorte que la contrainte σ\ζ suivant l'axe Z soit en compression, donc négative, selon la relation (1) suivante :
Figure imgf000011_0001
où ε^ζ est la valeur initiale de la déformation suivant l'axe Z subie par la couche k. Cette valeur initiale ε^ζ de la déformation peut être estimée classiquement à partir du paramètre de maille ao,k de la couche k relaxée et du paramètre de maille az,k de la couche k contrainte à partir de la relation ε^ζ = (az,k - ao,k)/ao,k. Elle peut également être classiquement estimée à partir des constantes de raideur de la couche k et de la déformation dans le plan (X,Y) subie par la couche k.
[0040] A titre d'exemple, la couche de nucléation 11 peut être une couche de germanium déposée ou transférée sur une couche sacrificielle 2 d'oxyde de silicium reposant sur une couche support 1 de silicium. Cet ensemble de couches est de préférence réalisé au moyen du procédé décrit dans la publication de Reboud et al. intitulée Structural and optical properties of 200 mm germanium-on-insulator (GeOI) substrates for silicon photonics applications, Proc. SPIE 9367, Silicon Photonics X, 936714 (February 27, 2015) qui met notamment en œuvre la technologie Smart Cut™.
[0041] Pour cela, on effectue tout d'abord la croissance épitaxiale d'une couche de germanium cristallin sur une couche épaisse de silicium. La couche de germanium présente alors, à température ambiante, une déformation résiduelle en tension de l'ordre de 0,2%. On dépose ensuite une couche diélectrique, par exemple un oxyde de silicium, sur la surface libre de la couche de germanium, puis on effectue une implantation d'ions H+ dans la couche de germanium. Ensuite, on solidarise la couche diélectrique recouvrant la couche de germanium avec un substrat poignée formée d'une couche diélectrique recouvrant une couche de silicium. On sépare la couche de germanium en deux parties au niveau d'une zone fragilisée par l'implantation d'ions. On obtient ainsi une couche de germanium monocristallin 11 recouvrant une couche sacrificielle 2, ici en oxyde de silicium, qui repose sur une couche support 1, par exemple une couche en silicium d'un substrat SOI. Ce procédé est avantageux dans la mesure où la qualité cristalline de la couche de nucléation 11 est particulièrement élevée et sensiblement homogène suivant l'épaisseur de la couche. A titre d'exemple, la densité de dislocations peut être inférieure à 107 cm 2 sur toute l'épaisseur de la couche, en particulier à l'interface avec la couche sacrificielle 2.
[0042] On obtient ainsi une couche de nucléation 11, contrainte en tension, en germanium. Du fait de la différence de valeurs entre les coefficients de dilatation thermique du germanium et du silicium, après refroidissement à la température ambiante, la couche de nucléation subit une déformation en tension dans le plan (X,Y) de l'ordre de 0,2%, ce qui se traduit par un paramètre de maille effectif de 5,670Â environ alors que le paramètre de maille naturel du germanium relaxé est de 5,658Â.
[0043] De manière alternative, on peut réaliser la couche de nucléation 11 contrainte en tension par croissance épitaxiale d'une couche de germanium sur un substrat, la couche de germanium étant ensuite recouverte d'une couche d'oxyde de silicium. On solidarise cet empilement par collage moléculaire avec un second empilement formé d'une couche de silicium recouverte d'une couche d'oxyde de silicium, le collage étant réalisé par mise en contact mutuel des couches d'oxydes de silicium. On supprime ensuite totalement le substrat, par exemple par meulage (grinding, en anglais), de manière à obtenir ainsi la couche de germanium liée à une couche support 1 de silicium par une couche sacrificielle 2 d'oxyde de silicium. Cette approche est notamment décrite dans la publication de Jan et al. intitulée Tensile-strained germanium-on-insulator substrate for silicon-compatible optoelectronics, Opt. Mater. Express 1, 1121-1126 (2011). [0044] On procède ensuite à la croissance épitaxiale de la couche d'intérêt 12 à base de GeSn à partir de la surface exposée de la couche de nucléation 11, par exemple par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (CVD, pour Chemical Vapor Déposition, en anglais), éventuellement à basse pression (LPCVD, pour Low Pressure Chemical Vapor Déposition, en anglais) ou encore par épitaxie par jets moléculaires (MBE, pour Molecular Beam Epitaxy, en anglais).
[0045] Les ratios des flux des gaz précurseurs, par exemple Ge2H6 et SnCI4, sont contrôlés pour obtenir la valeur xsn de proportion atomique d'étain dans la couche d'intérêt 12. A titre illustratif, la température de croissance peut être comprise entre 300°C et 400°C et la vitesse de croissance peut être de l'ordre de 10 nm/min à lOOnm/min. La couche d'intérêt 12 présente alors une contrainte en compression dans le plan (X,Y) dans la mesure où elle présente un paramètre de maille naturel supérieur au paramètre de maille effectif de la couche de nucléation 11.
[0046] Les épaisseurs de la couche de nucléation 11 et de la couche d'intérêt 12 sont choisies à l'aide de la relation (1) de sorte que l'empilement semiconducteur 10 présente une contrainte en tension σ5 ι>0 dans le plan (X,Y), autrement dit une contrainte en compression σε ι ζ<0 suivant l'axe Z.
[0047] On peut ainsi obtenir, à titre illustratif, un empilement semiconducteur 10, contraint en tension dans le plan (X,Y), et formé de :
la couche de nucléation 11 en germanium d'une épaisseur par exemple de Ιμιη, présentant une déformation en tension de +0,2% (paramètre de maille effectif de 5,670Â pour un paramètre de maille naturel de 5,658Â), et
- la couche d'intérêt 12 en Gei-xSnx avec une proportion atomique d'étain xsn de 8%, d'une épaisseur par exemple de 50nm. La couche d'intérêt 12 présente ainsi un paramètre de maille effectif de 5,670Â, égal à celui de la couche de nucléation 11, pour un paramètre de maille naturel de 5,724Â. Elle présente alors une déformation en compression dans le plan (X,Y) de -0,94%.
[0048] En référence aux figures 1B, on réalise une structuration de l'empilement semiconducteur 10 de manière à former une partie structurée 20 et une partie périphérique 30, la partie structurée 20 comportant une portion centrale 21 reliée à la partie périphérique 30 par au moins deux portions latérales 22 opposées l'une à l'autre vis- à-vis de la portion centrale 21. La partie structurée 20 comporte ici une unique paire de bras tenseurs 22 destinés à assurer ultérieurement une augmentation de la contrainte en tension uniaxiale de la portion centrale 21, et donc une mise sous tension de la couche d'intérêt 12 située dans la portion centrale 21. La partie structurée 20 est réalisée par des étapes classiques de lithographie optique et/ou électronique puis de gravure de l'empilement, qui ne sont donc pas détaillées ici.
[0049] La portion centrale 21 peut présenter une forme, dans le plan (X,Y), sensiblement carrée ou rectangulaire, de quelques centaines de nanomètres à quelques microns de largeur, et de quelques centaines de nanomètres à quelques centaines de microns de longueur. D'autres formes sont possibles, telles que des formes polygonales. Les portions latérales 22, appelées par la suite bras tenseurs 22, relient chacune une bordure de la portion centrale 21 à la partie périphérique 30. Elles sont agencées deux à deux vis-à-vis de la portion centrale 21 de manière à définir au moins un axe de déformation sensiblement rectiligne. Ainsi, une augmentation de la déformation en tension est en mesure d'être générée dans la portion centrale 21 lors de l'étape ultérieure de suspension de la partie structurée 20, et donc une mise sous tension de la couche d'intérêt 12 située dans la portion centrale 21.
[0050] Pour cela, on forme les bras tenseurs 22 et la portion centrale 21 pour que la largeur moyenne « b » des bras tenseurs 22 soit supérieure à la largeur moyenne « a » de la portion centrale 21, de préférence dix fois supérieure à cette dernière. Par largeur, on entend la dimension transversale d'une portion ou d'un bras, dans le plan (X,Y), à son axe longitudinal. La portion centrale 21 présente ici une largeur moyenne « a » orientée suivant l'axe Y et sensiblement constante suivant l'axe longitudinal X. Les bras tenseurs 22 présentent une largeur moyenne « b » orientée ici suivant l'axe Y.
[0051] En outre, la dimension surfacique dans le plan (X,Y) est choisie de sorte que les bras tenseurs 22 ne présentent sensiblement pas ou peu de déformation à l'issue de l'étape suivante de suspension. Plus précisément, la déformation locale diminue à mesure qu'on s'éloigne de la portion centrale 21 et devient négligeable à une distance supérieure ou égale à une ou deux fois une dimension moyenne de la portion centrale 21. La déformation moyenne des bras tenseurs 22, c'est-à-dire le champ de déformation intégré dans le volume des bras tenseurs 22, présente une valeur inférieure à celle de la portion centrale 21, voire est négligeable vis-à-vis de la déformation moyenne dans la portion centrale 21. Sur l'exemple de la figure 1B, les bras tenseurs 22 présentent une forme de trapèze de sorte que la largeur augmente à mesure que l'on s'éloigne de la portion centrale 21. D'autres formes sont possibles, par exemple une forme où les bras tenseurs 22 présentent une augmentation brusque de largeur vis-à-vis de la portion centrale 21 puis une zone principale à largeur constante.
[0052] La structuration peut être réalisée de manière à contrôler la valeur de l'amplification de la contrainte en tension de la portion centrale 21 de l'empilement semiconducteur 10, obtenue ultérieurement lors de la suspension de la partie structurée 20. Pour cela, on prédétermine les paramètres dimensionnels de la partie structurée 20, par exemple les largeurs et longueurs de la portion centrale 21 et des bras tenseurs 22. A titre d'exemple, dans le cas d'une portion centrale 21 rectangulaire, de longueur A et de largeur constante a, et des bras tenseurs 22 rectangulaires de longueur B/2-A/2 et de largeur constante b, un facteur d'amplification f reliant la contrainte finale en tension of s à la contrainte initiale en tension peut s'exprimer par la relation (2) formulée dans l'article de Suess et al intitulé Analysis of enhanced light émission from highly strained germanium microbridges, Nature Photon. 7, 466-472 (2013) :
Figure imgf000015_0001
où L est la longueur de la couche sacrificielle 2 supprimée sous la partie structurée 20 lors de l'étape de suspension ultérieure. Ainsi, en fonction des paramètres dimensionnels de la partie structurée 20 de l'empilement semiconducteur 10, on est en mesure de contrôler la valeur de l'amplification de la contrainte en tension appliquée à la portion centrale 21 lors de la suspension. Le facteur d'amplification peut également être estimé au moyen d'un logiciel de simulation numérique tel que COMSOL Multiphysics.
[0053] En référence à la figure 1C (vue en coupe suivant la ligne AA représentée sur la figure 1B), on réalise la suspension de la partie structurée 20, ce qui va provoquer une amplification de la contrainte en tension subie par la portion centrale 21 de l'empilement semiconducteur 10, et donc une mise sous tension de la couche d'intérêt 12 située dans la portion centrale 21. Pour cela, on réalise une cavité 3 sous la partie structurée 20 de manière à la suspendre au-dessus d'une surface rendue libre 4 de la couche support 1.
[0054] La cavité 3 est réalisée par gravure, par exemple par gravure humide, de la couche sacrificielle 2 rendue accessible par des ouvertures obtenues lors de la structuration de l'empilement semiconducteur 10. La gravure humide utilise ici de l'acide fluorhydrique (également appelé HF, pour Hydrogen Fluoride en anglais) en phase vapeur. Le flux de vapeur HF peut être faible de manière à graver la couche sacrificielle 2 à une vitesse modérée de l'ordre de lOnm par minute. Plus précisément, le flux de vapeur peut, à titre d'exemple, comporter de l'acide fluorhydrique à 15 torr de pression partielle, de l'alcool à 0,01 torr et de l'azote à 60 torr. Ainsi, on grave sur toute son épaisseur la partie de la couche sacrificielle 2 située sous la partie structurée 20. La partie structurée 20 est alors suspendue au-dessus de la surface rendue libre de la couche support 1, formant ainsi une cavité 3. La cavité 3 est donc située entre la partie structurée 20 et la surface libre 4 de la couche support 1. [0055] On obtient ainsi une partie structurée 20 suspendue dont les bras tenseurs 22 maintiennent la portion centrale 21 au-dessus de la surface libre 4 de la couche support 1 et génèrent dans la portion centrale 21 une augmentation de la contrainte en tension initiale σ^, suivant le ou les axes de déformation, du fait de la différence de largeur moyenne entre les bras tenseurs 22 et la portion centrale 21. Dans cet exemple, la déformation de la portion centrale 21 peut être suffisante pour obtenir une structure de bandes d'énergie directe de la couche d'intérêt 12 située dans la portion centrale 21.
[0056] Le procédé permet ainsi d'obtenir une augmentation de la contrainte en tension de la portion centrale 21 de l'empilement semiconducteur 10, et donc la mise en tension de la couche d'intérêt 12 située dans la portion centrale 21, ceci sans avoir à réaliser une couche intermédiaire à base de germanium étain à forte proportion d'étain, comme le décrit l'article de Wirths et al 2013 mentionné précédemment. La qualité cristalline de l'empilement semiconducteur 10, et en particulier celle de la couche d'intérêt 12 à base de GeSn peut être préservée lorsque l'empilement et ses couches le composant présentent une épaisseur inférieure aux épaisseurs critiques respectives.
[0057] Les figures 2A et 2B sont des vues schématiques, en coupe transversale, de différentes variantes de l'empilement illustré sur la figure 1A, et la figure 2C est une vue schématique, en vue de dessus, d'une variante de la partie structurée 20 illustrée sur la figure 1B.
[0058] Sur la figure 2A, l'empilement 10 se distingue de celui illustré sur la figure 1A en ce qu'il comporte en outre deux couches 13A, 13B à base de germanium étain GeSn entre lesquelles est située la couche d'intérêt 12 en contact. Les couches 13A, 13B à base de germanium étain peuvent être réalisées en un alliage binaire de germanium étain, voire ternaire ou quaternaire, et peuvent présenter une proportion atomique d'étain identique ou différente de celle de la couche d'intérêt 12. Dans cet exemple, les couches 13A, 13B sont réalisées dans un matériau identique à celui de la couche d'intérêt 12, à savoir un alliage binaire de germanium étain avec la même proportion atomique d'étain, et en diffèrent par le dopage. En effet, la couche d'intérêt 12 est ici non intentionnellement dopée alors que la couche inférieure 13A présente un dopage selon un premier type de conductivité, par exemple de type N, et la couche supérieure 13B présente un dopage selon un second type de conductivité opposé au premier type, par exemple de type P. Les couches dopées 13A, 13B peuvent présenter des épaisseurs différentes, ici inférieures, de celle de la couche d'intérêt 12. A titre d'exemple, l'épaisseur de la couche d'intérêt 12 peut être de 350nm environ et celles des couches dopées 13A, 13B de lOOnm environ. Les couches dopées 13A, 13B peuvent former, avec la couche d'intérêt 12, une diode de type PI N.
[0059] L'empilement 10 peut comporter en outre une couche supérieure 14 destinée à assurer un équilibrage des contraintes suivant l'axe Z de l'empilement semiconducteur 10, dans le but de limiter les risques de déformation globale de l'empilement suivant l'axe Z, de type flambement. Cette couche supérieure 14 présente une épaisseur, un module d'Young et une contrainte en tension dans le plan (X,Y) telles que la distribution verticale des contraintes suivant l'axe Z est sensiblement symétrique. Plus précisément, une distribution verticale des contraintes est dite sensiblement symétrique lorsque l'empilement semiconducteur 10 est tel que les sommes Ekek zek relatives aux couches situées de part et d'autre d'un plan médian (parallèle au plan XY) de l'empilement 10 sont égales l'une à l'autre à 10% près. De préférence, la couche supérieure d'équilibrage 14 est réalisée dans le même matériau que celui de la couche de nucléation 11 et présente un produit, épaisseur par contrainte en tension, sensiblement égal à celui de la couche de nucléation 11. Dans cet exemple, la couche de nucléation 11 est réalisée en germanium d'une épaisseur de Ιμιη environ et présente une déformation en tension dans le plan (X,Y) de 0,2% environ. La couche supérieure d'équilibrage 14 est réalisée en germanium d'une épaisseur de 800nm et présente une déformation en tension de 0,25% environ.
[0060] Sur la figure 2B, l'empilement 10 se distingue de celui illustré sur la figure 2A en ce que la couche d'intérêt 12 est séparée des couches dopées 13A, 13B par deux couches intermédiaires dites barrières 15A, 15B qui présentent une énergie de bande interdite supérieure à celle de la couche d'intérêt 12, de manière à améliorer le confinement quantique des porteurs de charge dans la couche d'intérêt 12. Les couches barrières 15A, 15B peuvent être réalisées en un matériau non intentionnellement dopé, de préférence en germanium ou en un alliage de germanium étain, avec une proportion atomique d'étain inférieure à celle de la couche d'intérêt 12. Bien entendu, d'une manière générale, l'empilement semiconducteur 10 peut présenter davantage de couches semiconductrices, à base de germanium étain ou non, dopées ou non, et donc peut comporter plusieurs couches d'intérêt 12.
[0061] Sur la figure 2C, la partie structurée 20 se distingue de celle illustrée sur la figure 1B en ce que deux paires de bras tenseurs 22 de dimensions identiques sont représentées, ce qui permet de générer une augmentation biaxiale de la déformation en tension de la portion centrale 21, d'intensité ici sensiblement égale selon les deux axes de déformation ici respectivement parallèles aux axes X et Y. En variante, chaque paire de bras tenseurs 22 peut présenter des dimensions différentes, de manière à déformer la portion centrale avec une intensité différente suivant chacun des axes de déformation. [0062] En variante, le procédé peut également comporter une étape de gravure partielle de la couche de nucléation 11, la gravure étant sélective vis-à-vis de la couche d'intérêt 12, pour ainsi obtenir une portion centrale 21 ne comportant plus la couche de nucléation 11. Ainsi, la portion centrale 21 peut être formée essentiellement de la couche d'intérêt 12, et, le cas échéant, des couches dopées 13A, 13B et éventuellement des couches barrières 15A, 15B. Cette étape de gravure sélective peut être une gravure humide isotrope de la couche de nucléation 11, par exemple au tétrafluorure de carbone (CF4). Le temps de gravure est adapté pour graver l'épaisseur de la couche de nucléation 11, qui peut être de l'ordre de la moitié de la largeur a de la portion centrale 21. Ainsi, à la suite de cette étape de gravure sélective, la couche de nucléation 11 n'est plus présente dans la portion centrale 21 alors qu'elle reste présente au niveau des bras tenseurs 22. La couche supérieure d'équilibrage 14 mentionnée précédemment peut alors être omise dans la mesure où la portion centrale 21 ne comporte pas la couche de nucléation 11 : la distribution verticale des contraintes suivant l'axe Z est sensiblement symétrique.
[0063] La figure 3 illustre un organigramme d'un procédé selon un deuxième mode de réalisation, permettant d'obtenir une couche d'intérêt 12 à base de germanium étain à structure de bandes directe.
[0064] Lors d'une première étape 110, on estime, pour une couche d'intérêt 12 à base de germanium étain Gei-xSnx de proportion atomique en étain xSn, la valeur minimale aj:™111 de contrainte en tension permettant d'obtenir une structure de bandes directe, autrement dit ΔΕ = Emin,i_-Emin,r > 0. La valeur minimale σ^'ΐ11111 de contrainte en tension peut être estimée à partir de l'article de Gupta et al. intitulé Achieving direct band gap in germanium through intégration ofSn alloying and external strain, J. Appl. Phy., 113, 073707 (2013) qui illustre un exemple d'évolution de ΔΕ en fonction de la valeur de la contrainte en tension subie par la couche d'intérêt 12 en Gei-xSnx et de la proportion atomique d'étain. Cette évolution est estimée à partir d'une méthode empirique du pseudo-potentiel non local (NL- EPM pour Non Local Empirical Pseudopotential Method, en anglais).
[0065] Lors d'une deuxième étape 120, on détermine l'empilement semiconducteur 10 comportant une telle couche d'intérêt 12 préalablement déterminée, de propriétés {xsn ; σ^'ΐ11111}, et présentant alors une contrainte en tension de valeur ag ,min. Les valeurs Ogmm et Oç™m sont positives dans la mesure où la contrainte dans le plan (X,Y) est en tension.
[0066] Pour cela, on note G la fonction de transfert permettant de déterminer la valeur σ^'ΐ11111 de la couche d'intérêt 12 à partir de la valeur Ogmm de l'empilement semiconducteur f.min
10, autrement dit : σ.': = G(as' ) . La fonction de transfert G est paramétrée par les caractéristiques de différentes couches composant l'empilement semiconducteur 10, à savoir les paramètres de maille, les épaisseurs des couches et les modules d'Young et de Poisson respectifs. On détermine donc les paramètres de la fonction de transfert G, par exemple par simulation numérique à l'aide du logiciel COMSOL Multiphysics, ou en vérifiant la relation suivante :
Figure imgf000019_0001
[0067] Lors d'une troisième étape 130, on réalise ledit empilement semiconducteur 10 préalablement déterminé de telle sorte que :
- l'empilement semiconducteur 10 présente une contrainte initiale en tension > 0 inférieure à la valeur Ogmm, et que
■ il comporte la couche d'intérêt 12 de proportion atomique d'étain xSn et d'une valeur de contrainte initiale inférieure à σ™ιη de telle sorte que la structure de bandes est indirecte, la valeur initiale pouvant être positive (en tension), nulle ou négative (en compression).
[0068] Lors d'une quatrième étape 140, on détermine une structuration de l'empilement semiconducteur 10 de manière à former la partie structurée 20 décrite précédemment. La structuration est déterminée de sorte que la suspension de la partie structurée 20 provoque l'augmentation de la contrainte de la portion centrale 21, de la valeur initiale à la valeur finale σ^, celle-ci étant alors supérieure ou égale à ag ,min.
[0069] Pour cela, on note F la fonction de transfert permettant de passer de à σ^, autrement dit : of s = F(ag) . La fonction de transfert F est paramétrée essentiellement par les dimensions de la partie structurée 20, et notamment par la largeur moyenne des bras tenseurs 22 et celle de la portion centrale 21. La fonction de transfert peut être identique ou similaire au facteur d'amplification f mentionné précédemment en référence à la relation (2). On détermine donc les paramètres de la fonction de transfert F, par exemple par simulation numérique à l'aide du logiciel COMSOL M ultiphysics ou en vérifiant la relation (2) mentionnée précédemment.
[0070] Lors d'une cinquième étape 150, on réalise la mise en suspension de la partie structurée 20 par gravure de la couche sacrificielle 2 située sous la partie structurée 20. Ainsi, dans le même temps :
la portion centrale 21 de l'empilement passe de la valeur initiale à la valeur finale of s = FÇo);) de contrainte dans le plan (X,Y), la valeur finale of s étant alors supérieure ou
.f.min
égale la couche d'intérêt 12 passe de la valeur initiale à une valeur finale = GÇpl) de contrainte dans le plan (X,Y), cette valeur finale étant alors supérieure ou égale à σ^"111.
[0071] On obtient ainsi une couche d'intérêt 12 à base de germanium étain, située au niveau de la portion centrale 21, qui présente une structure de bandes directe, cela sans avoir eu à réaliser une couche de mise en tension à forte proportion atomique d'étain comme le décrit l'article Wirths 2013 cité précédemment. Il est alors possible d'obtenir une structure de bandes directe pour une couche d'intérêt 12 à base de GeSn présentant une proportion atomique d'étain inférieure à 14%, voire inférieure à 10%, voire inférieure 8%, ou moins encore. Comme précédemment, l'empilement et les couches qui le forment peuvent présenter une qualité cristalline préservée lorsque les épaisseurs respectives sont inférieures aux épaisseurs critiques.
[0072] Les figures 4A à 4C illustrent différentes étapes d'un procédé de réalisation d'une structure semiconductrice 40 selon un troisième mode de réalisation, la structure semiconductrice 40 comportant l'empilement 10 à couche d'intérêt 12 à base de germanium étain décrit précédemment, et étant solidarisée par collage direct sur la couche support 1. Ce procédé est similaire à celui décrit dans la demande FR1559283 déposée le 30 septembre 2015, qui est incorporée ici entièrement par référence. Par ailleurs, par souci de clarté, seul l'empilement semiconducteur 10 est illustré, et non pas la couche de nucléation 11 et la couche d'intérêt 12.
[0073] Après l'étape de suspension décrite précédemment, la portion centrale 21 de l'empilement semiconducteur 10 est contrainte en tension et présente alors une énergie élastique Ee, qui, au premier ordre, peut s'écrire : Ee ~ of s.ef s.V, où of s est la valeur moyenne de la contrainte en tension dans le plan (X,Y), ef s la valeur moyenne de la déformation correspondant à la contrainte subie, et V le volume de la portion centrale 21.
[0074] Par collage direct, également appelé collage moléculaire ou collage par adhérence moléculaire, on entend la solidarisation de deux surfaces de matériaux identiques ou différents l'une contre l'autre, sans apport de couche collante (de type colle, glue, etc..) mais par le biais des forces attractives d'interaction atomique ou moléculaire entre les surfaces à coller, par exemple des forces de Van der Walls, des liaisons hydrogènes, voire des liaisons covalentes. L'empilement semiconducteur 10, solidarisé par collage directe sur la couche support 1, présente alors une énergie de collage qui, au premier ordre, peut s'écrire : Ec ~ ES.S, où Es est l'énergie surfacique de collage (on suppose ici que les surfaces à coller présentent une énergie de surface sensiblement égale) et S l'étendue des surfaces collées. [0075] Comme il est détaillé par la suite, le collage moléculaire mis en œuvre ici peut être de type hydrophile ou hydrophobe. Le collage est de type hydrophile lorsqu'il concerne l'adhérence de surfaces hydrophiles, c'est-à-dire de surfaces ayant la capacité à se lier avec des molécules d'eau par un mécanisme d'adsorption. Le collage met alors en jeu des forces de liaison hydrogène dont l'intensité d'interaction est particulièrement élevée. Pour cela, les surfaces hydrophiles sont terminées par des groupements hydroxyles (-OH). Alternativement, le collage peut être de type hydrophobe et concerner alors des surfaces qui n'ont pas la capacité d'adsorber de l'eau. Pour cela, les surfaces hydrophobes peuvent être saturées d'atomes tels que l'hydrogène ou le fluor.
[0076] On décrit par la suite, à titre illustratif, un procédé de réalisation d'une structure semiconducteur, comportant l'empilement à couche d'intérêt 12 à base de germanium étain située dans la partie structurée 20, la structure semiconductrice 40 étant collée par adhérence moléculaire à une couche support 1 de silicium.
[0077] Selon une première étape, on réalise un empilement semiconducteur 10 comportant la partie structurée 20 (non représentée), reposant sur la couche support 1 par l'intermédiaire d'une couche sacrificielle 2. L'empilement semiconducteur 10 comporte la couche d'intérêt 12 à base de germanium étain (non représentée), et est identique ou similaire aux empilements semiconducteurs décrits précédemment.
[0078] Selon une deuxième étape illustrée sur la figure 4A, on réalise une cavité 3 sous la partie structurée 20 de manière à la suspendre au-dessus d'une surface rendue libre de la couche support 1. L'empilement semiconducteur 10 passe alors de la valeur initiale à la valeur finale of s de contrainte dans le plan (X,Y), la valeur finale étant alors supérieure ou égale à ag ,min. La couche d'intérêt 12 passe de la valeur initiale à une valeur finale af ci de contrainte dans le plan (X,Y), cette valeur finale étant de préférence supérieure ou égale à σ^'ΐ11111, de sorte que la couche d'intérêt 12 présente une structure de bandes directe.
[0079] Selon une troisième étape illustrée sur la figure 4B, on effectue la mise en contact de la partie structurée 20 avec la surface libre 4 de la couche support 1. Pour cela, on peut immerger la partie structurée 20 dans une solution liquide, par exemple d'alcool ou d'eau déionizée acidifiée (pH proche de 2), puis on évapore le liquide. Lors de la phase d'évaporation, la partie structurée 20 vient naturellement au contact de la surface libre 4 de la couche support 1. Ainsi, la partie structurée 20 repose sur la couche support 1, de sorte que la surface inférieure d'au moins une partie des bras tenseurs 22 est au contact avec la surface libre 4 de la couche support 1. La surface inférieure de la portion centrale 21 peut être totalement, partiellement, ou pas au contact de la surface libre 4. [0080] La mise en contact de ces surfaces assure un collage direct de la partie structurée
20 avec la couche support 1, ici de type hydrophobe dans la mesure où les surfaces se solidarisent l'une à l'autre par l'intermédiaire de liaisons hydrogène. A température ambiante, comme l'illustre la figure 5C représentant l'évolution de l'énergie surfacique de collage hydrophobe entre les surfaces collées, l'énergie de collage hydrophobe est ici de l'ordre de 5mJ/m2.
[0081] Par mise en contact, on entend le contact de la surface inférieure 23 de la partie structurée 20 avec la surface libre 4 de la couche support 1. Ces surfaces peuvent être formées du matériau composant principalement les couches ou d'un matériau intercalaire différent de ce matériau principal. La partie structurée 20 et la couche support 1 peuvent ainsi comporter une couche mince d'un matériau intercalaire obtenu par exemple par dépôt ou par oxydation, de préférence après formation de la cavité 3. Dans le procédé décrit ici faisant intervenir le collage hydrophobe, la partie structurée 20 et la couche support 1 ne comportent pas de matériau intercalaire.
[0082] Ainsi, on obtient une partie structurée 20 de l'empilement semiconducteur 10, collée sur la surface libre 4 de la couche support 1. La partie structurée 20 collée comporte la portion centrale 21 et une partie des bras tenseurs 22. La partie non collée des bras tenseurs 22 est située dans la zone où ceux-ci rejoignent la partie périphérique 30 de l'empilement semiconducteur 10, cette dernière reposant sur la partie non gravée de la couche sacrificielle 2.
[0083] En variante, l'étape de suspension et de mise en contact de la partie structurée 20 avec la surface libre 4 de la couche support 1 peut être réalisée dans le même temps. Pour cela, la cavité 3 est par exemple réalisée par gravure humide par HF liquide voire par HF vapeur en haute pression. Dans le cas d'une gravure par HF vapeur, le flux de vapeur peut comporter de l'acide fluorhydrique à 60 torr de pression partielle, de l'alcool à 0,1 torr et de l'azote à 75 torr. Le flux de gaz conduit alors à une vitesse de gravure plus importante que celle mentionnée précédemment, par exemple de l'ordre de lOOnm/min, lors d'une réaction de gravure hors-équilibre. Aussi, des gouttes d'eau et d'acide fluorhydrique, produits de la réaction chimique, se forment dans la cavité 3 et provoquent, en évaporant, la mise en contact de la partie structurée 20 avec la surface libre 4 de la couche support 1.
[0084] A l'issue de cette étape, la partie structurée 20 collée, formée de la portion centrale
21 et des bras tenseurs 22 reposant sur la couche support 1, présente :
o une énergie de collage Ec, issue du collage moléculaire hydrophobe sur la couche support 1. Elle peut être estimée, au premier ordre, par la relation :
Ec « Es (Sbt + Spc) où Es est l'énergie de surface évaluée à partir de la relation illustrée sur la figure 5C, et Sbt et SpC sont les surfaces collées respectives des bras tenseurs 22 et de la portion centrale 21. L'énergie de collage tend à stabiliser la partie structurée 20 collée et à éviter toute relaxation des contraintes susceptibles de modifier sa tenue mécanique ainsi que sa structure cristalline, et donc de dégrader ses propriétés électriques et/ou optiques ;
o une énergie élastique Ee, issue de la contrainte en tension liée à la déformation de la portion centrale 21 par les bras tenseurs 22. Elle peut être estimée, au premier ordre, par la relation :
Ee « e ( s,bt- £s,bf Sbt "I" as,pc- £s,pc- Spc)
où e est l'épaisseur moyenne de l'empilement semiconducteur 10, as bt et as<pc les valeurs moyennes des contraintes en tension subies, respectivement, par les bras tenseurs 22 et la portion centrale 21, £g bt et £s pc les valeurs moyennes des déformations correspondantes. L'énergie élastique tend à déstabiliser la partie centrale collée de manière à relaxer naturellement les contraintes.
[0085] On peut noter que, au premier ordre, l'énergie de collage comporte un terme prépondérant lié à la surface collée des bras tenseurs 22, celle-ci est généralement supérieure à la surface collée de la portion centrale 21. Par ailleurs, l'énergie élastique comporte un terme prépondérant lié à la déformation de la portion centrale 21, dans la mesure où les bras tenseurs 22 présentent une valeur moyenne de déformation proche de la valeur de déformation résiduelle, celle-ci étant inférieure à la valeur de la déformation subie par la portion centrale 21.
[0086] Dans le but de réaliser une structure semiconductrice 40 collée, dont la tenue mécanique et donc les propriétés électriques et/ou optiques sont préservées, qui puisse être séparée de la partie périphérique 30, l'énergie de collage doit être supérieure à l'énergie élastique, ce qui se traduit au premier ordre par l'inégalité suivante :
umin Ccmin , ς Λ _ f i f çmin , f f ς Λ s ^°bt ' °pcj ^ e^us,bf fcs,bf °bt us,pc- fcs,pc- °pc
[0087] Pour cela, on détermine à la fois la valeur minimale d'énergie surfacique de collage Es mm et la valeur minimale de surface collée Sbtmin des bras tenseurs 22, nécessaires pour vérifier cette inégalité. Bien entendu, cette inégalité peut être précisée en utilisant des expressions de l'énergie de collage et de l'énergie élastique plus détaillées, par exemple en intégrant le champ de contrainte dans tout le volume de la partie structurée 20 collée.
[0088] Selon une quatrième étape, on effectue un renforcement du collage moléculaire de la partie structurée 20 sur la couche support 1, de manière à obtenir une valeur Es d'énergie surfacique de collage supérieure ou égale à la valeur minimale Es mm déterminée préalablement. Pour cela, on réalise un traitement thermique, sous forme d'un recuit de consolidation, dans lequel on soumet l'empilement à une température de recuit Tr pendant quelques minutes à quelques heures. A titre illustratif, la température de recuit peut être de 200°C appliquée pendant 2h, ce qui augmente ici l'énergie surfacique de collage hydrophobe de 5mJ/m2 à 100mJ/m2. La température de recuit est comprise entre une valeur minimale qui dépend notamment de la surface minimale collée Sbtmm de bras tenseurs 22 que l'on souhaite conserver et une valeur maximale qui dépend notamment de la qualité cristalline à préserver de l'empilement semiconducteur 10. La valeur maximale de la température de recuit peut ainsi être inférieure à la température de croissance épitaxiale de l'empilement semiconducteur 10. Ainsi, on obtient une partie structurée 20 collée à la couche support 1 avec une énergie de collage Ec dont la valeur est supérieure ou égale à la valeur minimale prédéterminée. On est alors en mesure de supprimer une partie des bras tenseurs 22 pour séparer la partie structurée 20 de la partie périphérique 30.
[0089] Dans une cinquième étape illustrée sur les figures 4C, on retire, par gravure, une portion distale 24 des bras tenseurs 22 de manière à séparer, ou individualiser, la partie structurée 20 vis-à-vis de la partie périphérique 30. Par séparer, rendre distincte ou individualiser, on entend ici que la partie structurée 20 n'est plus reliée à la partie périphérique 30 par les bras tenseurs 22. De plus, par portion distale 24 des bras tenseurs 22 vis-à-vis de la portion centrale 21, on entend la zone des bras tenseurs 22 éloignée de la portion centrale 21 et formant le raccord avec la partie périphérique 30. On supprime, par des opérations classiques de lithographie optique et/ou électronique et de gravure, la portion distale des bras tenseurs 22 de manière à ce que la partie structurée 20 collée comporte une valeur de surface collée Sbt des bras tenseurs 22 supérieure ou égale à la valeur minimale Sbtmin déterminée préalablement. Ainsi, la surface collée des bras tenseurs 22 est suffisante pour que la partie structurée 20 collée présente une énergie de collage supérieure à son énergie élastique. Ainsi, on obtient une structure semiconductrice 40 à portion centrale 21 collée sur la couche support 1 dont la tenue mécanique est assurée, préservant ainsi ses propriétés électriques et/ou optiques. La structure semiconductrice 40 présente une qualité cristalline élevée et la portion centrale 21 une déformation moyenne prédéterminée. Elle est solidarisée de la couche support 1 par collage moléculaire dont l'énergie de collage et la surface collée des bras tenseurs 22 permettent de figer le champ des contraintes. Dans la portion centrale 21, la couche d'intérêt 12 à base de GeSn présente une structure de bandes directe. [0090] Sur la figure 5A est illustrée la structure semiconductrice 40 à portion centrale 21, obtenue en séparant la partie structurée 20 de la partie périphérique 30, par gravure de la zone distale des bras tenseurs 22 faisant raccord avec la partie périphérique 30. La figure 5B illustre la structure semiconductrice 40 obtenue à partir de la partie structurée 20 collée en gravant la zone de raccord des bras tenseurs 22 à la partie périphérique 30 (celle-ci étant également supprimée).
[0091] La figure 5C illustre un exemple de relation entre l'énergie surfacique de collage entre une surface de germanium de la couche de nucléation 11 et une surface de silicium de la couche support 1, en fonction de la température de recuit, dans le cas d'un collage de type hydrophile et d'un collage de type hydrophobe. Jusqu'à 600°C environ, l'énergie surfacique de collage présente une valeur inférieure dans le cas hydrophobe que dans le cas hydrophile. La tendance s'inverse ensuite à partir de 600°C environ. Par ailleurs, dans le cas hydrophile, l'énergie surfacique augmente dès qu'un recuit à 100°C environ est appliqué, et l'on passe d'une énergie de l'ordre de 100mJ/m2 à température ambiante à U/m2 après un recuit à 200°C environ. Dans le cas hydrophobe, on passe d'une énergie de l'ordre de 5mJ/m2 à température ambiante à 100mJ/m2 après un recuit à 200°C environ.
[0092] En variante, selon un quatrième mode de réalisation décrit en référence aux figures 6A à 6C, il est possible de réaliser un collage moléculaire de type hydrophile de la partie structurée 20 sur la couche support 1, selon un procédé identique ou similaire à celui décrit dans la demande FR1559283 déposée le 30 septembre 2015 citée précédemment.
[0093] En référence à la figure 6A, préalablement à la mise en contact de la partie structurée 20 suspendue sur la couche support 1, on effectue une étape de traitement de surface de la partie structurée 20 et de la surface libre 4 de la couche support 1, dans le but d'assurer ultérieurement le collage moléculaire hydrophile de ces éléments. Lors de cette étape, on traite la surface 23 de la partie structurée 20 en regard de la cavité 3 et la surface libre 4 de la couche support 1 de sorte qu'elles soient formées chacune d'une couche mince 41A, 41B d'oxyde ou de nitrure, d'une épaisseur de quelques nanomètres à quelques dizaines de nanomètres.
[0094] Selon une variante, la partie structurée 20 et la couche support 1 sont recouvertes, au niveau de la cavité 3, d'une couche mince 41A, 41B dite intercalaire d'oxyde réalisée par oxydation, par exemple obtenues par mise à l'air libre de cette zone de l'empilement pendant une durée suffisante, par exemple lh. Elles peuvent également être obtenues par une technique d'oxydation par plasma O3, par exemple à température ambiante, voire par une technique d'oxydation par plasma 02, par exemple à une température de 250°C. Selon une autre variante, les couches minces d'oxyde ou de nitrure sont obtenues par une technique de dépôt de couche mince, par exemple du type ALD (pour Atomic Loyer Déposition, en anglais) assisté ou non par plasma.
[0095] En référence à la figure 6B, on réalise ensuite la mise en contact de la partie structurée 20 avec la surface libre 4 de la couche support 1, par exemple en immergeant la partie structurée 20 suspendue dans une solution liquide, par exemple d'alcool ou d'eau déionizée acidifiée (pH proche de 2), puis en évaporant le liquide. La mise en contact de ces surfaces assure un collage direct de type hydrophile de la partie structurée 20 sur la couche support 1 au niveau des couches intercalaires 41A, 41B respectives. A température ambiante, comme l'illustre la figure 5C, l'énergie de collage hydrophile est ici de l'ordre de 100mJ/m2. Ces couches intercalaires 41A, 41B présentent une épaisseur de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres à une ou plusieurs centaines de nanomètres, et sont avantageusement diélectriques et peuvent assurer l'isolation électrique de la portion centrale 21 vis-à-vis de la couche support 1.
[0096] On effectue ensuite une étape de détermination de la valeur minimale d'énergie surfacique de collage Es mm, ici hydrophile, et la valeur minimale de surface collée Sbtmin des bras tenseurs 22, nécessaires pour que l'énergie de collage hydrophile de la partie structurée 20 soit supérieure à l'énergie élastique de cette même partie structurée 20.
[0097] On effectue ensuite une étape de renforcement du collage moléculaire de la partie structurée 20 solidarisée à la couche support 1, de manière à obtenir une valeur Es d'énergie surfacique de collage hydrophile supérieure ou égale à la valeur minimale Es min déterminée préalablement. Pour cela, on réalise un traitement thermique, sous forme d'un recuit de consolidation, dans lequel on soumet l'empilement à une température de recuit Tr pendant quelques minutes à quelques heures. A titre illustratif, la température de recuit peut être de 200°C appliquée pendant 2h, ce qui augmente ici l'énergie surfacique de collage hydrophile de 100mJ/m2 à U/m2.
[0098] En référence à la figure 6C, on retire, par gravure, une partie distale 24 des bras tenseurs 22 de manière à individualiser la partie structurée 20 vis-à-vis de la partie périphérique 30. Cette étape est similaire à l'étape décrite précédemment en référence à la figure 5C et n'est pas détaillée davantage ici. Ainsi, on obtient une structure semiconductrice 40 à portion centrale 21 collée par adhérence moléculaire hydrophile sur la couche support 1, dont la tenue mécanique est assurée et les propriétés électriques et/ou optiques préservées. La couche centrale comporte la couche d'intérêt 12 à base de GeSn dont la structure de bandes est avantageusement directe. [0099] Le procédé selon ce mode de réalisation se distingue donc du procédé décrit précédemment essentiellement par le collage hydrophile, dont l'intensité est supérieure à celle du collage hydrophobe jusqu'à des températures de recuit de l'ordre de 500°C à 600°C, et par la présence d'une couche 41A, 41B d'un oxyde ou nitrure intercalaire à l'interface entre la partie structurée 20 et la couche support 1, dont la propriété diélectrique assure une isolation électrique entre ces éléments. Ce matériau intercalaire, outre une fonction d'isolation électrique, peut également assurer une fonction d'évacuation de la chaleur éventuellement produite au niveau de la portion centrale 21, dans le cas où cette dernière forme une couche émissive d'une source lumineuse.
[ooioo] De manière avantageuse, une pluralité de structures semiconductrices 40 peut être réalisée de manière collective et simultanée, à partir du même empilement semiconducteur 10. Les structures semiconductrices sont alors adjacentes et séparées les unes des autres. Ainsi, chaque structure semiconductrice 40 est distincte de ses voisines, c'est-à-dire non rattachée à la partie périphérique 30 correspondante du même empilement semiconducteur 10.
[ooioi] On décrit maintenant la réalisation de différents dispositifs optoélectroniques comportant la structure semiconductrice 40 à couche d'intérêt 12 à base de germanium étain contraint en tension, obtenue par l'un ou l'autre des procédés décrits précédemment.
[00102] Les figures 7A et 7B représentent, de manière schématique, des vues en coupe de deux exemples d'un dispositif optoélectronique à émission de lumière non cohérente. Le dispositif optoélectronique est ici une diode électroluminescente.
[00103] Sur la figure 7A, la diode électroluminescente comporte ici une structure semiconductrice 40 obtenue par le procédé de réalisation selon le quatrième mode de réalisation, c'est-à-dire faisant intervenir un collage moléculaire hydrophile.
[00104] La structure semiconductrice 40 comporte une portion centrale 21 en tension dans laquelle la couche d'intérêt 12 à base de GeSn (non représentée) présente de préférence une structure de bandes directe. Elle est solidarisée à la couche support 1 par collage moléculaire hydrophile, ce qui se traduit par la présence d'un matériau intercalaire 41A, 41B, ici un oxyde de silicium, situé à l'interface entre le germanium de la couche de nucléation 11 (non représentée) de l'empilement semiconducteur 10 et le silicium de la couche support 1. La couche support 1 est ici une couche supérieure en silicium d'un substrat, par exemple de type SOI. Elle repose sur une couche d'oxyde 5 située entre la couche support 1 et une couche inférieure épaisse 6 de silicium. [00105] La structure semiconductrice 40 comporte en outre une couche d'encapsulation 42 qui recouvre la portion centrale 21 et les bras tenseurs 22. Cette couche d'encapsulation 42 peut être en un matériau diélectrique présentant une bonne conductivité thermique, tel que ΓΑΙ2Ο3 ou le S13N4. Le S13N4 peut en outre contribuer à induire une contrainte en tension dans l'empilement semiconducteur 10. La portion centrale 21 comporte une jonction PIN réalisée par implantation de dopants (phosphore et bore) de manière à former une zone 45 dopée N voisine d'une zone 43 dopée P. Ici, une zone intrinsèque 44 (non intentionnellement dopée) sépare les zones dopées N et P. La jonction PIN s'étend de manière sensiblement verticale au-travers de la portion centrale 21 et donc de la couche d'intérêt 12 à base de GeSn (non représentée), en direction de la couche support 1. Par ailleurs, deux plots 46A, 46B d'un matériau électriquement conducteur sont présents au niveau des zones dopées, formant des contacts électriques.
[00106] La diode électroluminescente peut être obtenue de la manière suivante. On réalise tout d'abord l'empilement semiconducteur 10 selon le deuxième mode de réalisation de sorte que la couche d'intérêt 12 à base de GeSn ait une structure de bandes directe, puis on réalise la structure semiconductrice 40 par le procédé selon le quatrième mode de réalisation (collage hydrophile). On réalise ensuite les zones dopées 43, 45 par implantation d'impuretés, par exemple du phosphore et du bore. Les contacts électriques 46A, 46B sont ensuite réalisés. Une couche d'encapsulation 42 est ensuite déposée puis aplanie par une technique de polissage mécano-chimique de type CMP (pour Chemical Mechanical Polishing, en anglais) puis localement gravée de manière à rendre accessibles les contacts électriques.
[00107] La figure 7B illustre une variante de la diode électroluminescente illustrée sur la figure 7A, qui s'en distingue essentiellement en ce qu'une jonction PIN s'étend de manière sensiblement parallèle au plan de la couche support 1.
[00108] La portion centrale 21 est structurée dans son épaisseur, de manière à présenter une partie inférieure 43 à base de GeSn dopé selon un premier type de conductivité, ici de type P, reposant sur la couche de nucléation 11 (non représentée). Cette partie 43 dopée P est reliée aux bras tenseurs 22 et présente une épaisseur moyenne sensiblement identique à celle des bras. Sur la partie inférieure dopée P repose une partie supérieure 45 à base de GeSn dopée selon un second type de conductivité, ici de type N. Une partie intrinsèque 44 à base de GeSn est située entre la partie supérieure 45 dopée N et la partie inférieure 43 dopée P, et présente ici des dimensions dans le plan (X,Y) sensiblement identiques à celles de la partie supérieure. La partie intrinsèque 44 correspond avantageusement à la couche d'intérêt 12 à structure de bandes directes (non représentée). Ainsi, les parties 43, 45 dopées P et N et la partie intrinsèque 44 forment ensemble une jonction PIN qui s'étend suivant un plan sensiblement parallèle au plan (X,Y). Deux plots 46A, 46B d'un matériau électriquement conducteur, formant des contacts électriques, sont disposés sur la partie supérieure dopée N et sur une zone libre de la partie inférieure dopée P.
[00109] Les figures 8A et 8B représentent de manière schématique une vue en coupe des exemples d'un dispositif optoélectronique à émission de lumière cohérente. Plus précisément, le dispositif optoélectronique est ici une source laser à pompage optique ou électrique.
[00110] Sur la figure 8A, la source laser comporte ici une structure semiconductrice 40 obtenue par le procédé de réalisation selon le quatrième mode de réalisation, c'est-à-dire faisant intervenir un collage moléculaire hydrophile. La source laser comporte ici une structure semiconductrice 40 formée d'une portion centrale 21 de l'empilement 10 en tension à couche d'intérêt 12 à base de GeSn (non représentée) à structure de bandes avantageusement directe, et solidarisée à la couche support 1 par collage moléculaire hydrophile.
[00111] La couche d'intérêt 12 de la structure semiconductrice 40 est ici intrinsèque voire dopée, par exemple avec du phosphore pour peupler la vallée indirecte de la bande de conduction, et une cavité optique est réalisée à l'intérieur de laquelle se situe la portion centrale 21, qui forme ici un milieu à gain apte à émettre de la lumière. Pour cela, et à titre illustratif, deux miroirs de Bragg 47A, 47B sont disposés sur la face supérieure des bras tenseurs 22, de préférence dans une zone où la déformation des bras tenseurs 22 est sensiblement égale à la valeur résiduelle.
[00112] La figure 8B illustre une variante de la diode électroluminescente illustrée sur la figure 8A, qui s'en distingue essentiellement en ce qu'une jonction PIN s'étend de manière sensiblement parallèle au plan de la couche support 1 dans la portion centrale 21. La portion centrale 21 comporte ici un empilement d'une première partie inférieure 43 à base de GeSn, située à proximité de la couche support 1 (et séparée de celle-ci par la couche de nucléation 11), dopée selon un premier type de conductivité, par exemple de type P, recouverte d'une partie intermédiaire intrinsèque 44 correspondant à la couche d'intérêt 12 (non représentée), elle-même recouverte d'une partie supérieure 45 à base de GeSn dopée selon un second type de conductivité opposé au premier type, par exemple de type N. Une cavité optique, similaire à celle décrite en référence à la figure 8A, est réalisée au niveau de la face supérieure des bras tenseurs 22. Par ailleurs, deux contacts électriques (non représentés) sont prévus pour être en contact l'un avec la partie supérieure dopée N et l'autre avec la partie inférieure dopée P.
[00113] Les figures 9A à 9F représentent de manière schématique en vue en coupe différentes étapes d'un exemple de procédé de réalisation d'une source laser dans laquelle la cavité optique est réalisée au niveau de la couche support 1.
[00114] Dans cet exemple, on réalise, par exemple par épitaxie RP-CVD (pour Reduced Pressure Chemical Vapor Déposition, en anglais), une couche d'un matériau semiconducteur 8, ici du germanium, sur un substrat 7 de silicium (figure 9A). On recouvre ensuite la couche de germanium 8 d'une couche d'oxyde 9 puis on implante des ions H+ dans la couche de germanium 8 (trait pointillé sur la figure 9B). On réalise ensuite une couche en silicium 1 destinée à former la couche support 1, ici sous forme d'un substrat SOI, dans laquelle on réalise au niveau de sa surface, deux miroirs de Bragg 47A, 47B (ou des éléments optiques équivalents) destinés à former une cavité optique. La surface de la couche support 1 est ensuite recouverte d'une couche d'oxyde. On solidarise le substrat SOI avec la surface de la couche d'oxyde 9 (figure 9C). On effectue la rupture de la couche de germanium 8 au niveau de la zone d'implantation d'ions et on obtient ainsi un ensemble d'une couche de germanium formant la couche de nucléation de l'empilement 10, liée à une couche support 1 en silicium par l'intermédiaire d'une couche sacrificielle 2 en oxyde de silicium. Les deux miroirs de Bragg 47A, 47B sont enterrés dans la couche support 1 au niveau de l'interface avec la couche sacrificielle 2 (figure 9D).
[00115] On réalise ensuite l'empilement semiconducteur 10 selon le premier ou le deuxième mode de réalisation, comportant une couche d'intérêt 12 à base de GeSn (non représentée) de préférence à structures de bandes directe. On obtient ensuite une structure semiconductrice 40 à partir du procédé selon le second mode de réalisation. Les miroirs de Bragg sont ainsi disposés en regard des bras tenseurs 22, voire en regard de la portion centrale 21, et encadrent la portion centrale 21 de manière à former une cavité optique (figure 9E). On dépose ensuite une couche d'encapsulation 42, par exemple en oxyde de silicium, qui recouvre la structure semiconductrice 40. On réalise enfin une jonction PIN 43, 44, 45 au travers de la couche centrale 21 et donc de la couche d'intérêt 12 (non représentée), puis on réalise des contacts électriques 46A, 46B (figure 9F). Par ailleurs, la couche support 1 peut avoir été préalablement structurée de manière à former le cœur d'un guide d'onde entourée d'une gaine formée par l'oxyde de silicium, le cœur s'étend sensiblement en regard de la portion centrale 21. [00116] Des modes de réalisation particuliers viennent d'être décrits. Différentes variantes et modifications apparaîtront à l'homme du métier.
[00117] Ainsi, les dispositifs optoélectroniques décrits précédemment le sont à titre uniquement illustratif. D'autres dispositifs optoélectroniques peuvent être réalisés, par exemple des sources laser à pompage optique ou électrique, avec jonctions PN, PIN, ou non, voire encore des diodes électroluminescentes ou des photodétecteurs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'une couche (12) contrainte en tension à base de germanium étain (GeSn), comportant les étapes suivantes :
a) réalisation d'un empilement semiconducteur (10) reposant sur une couche support (1) par l'intermédiaire d'une couche sacrificielle (2), ledit empilement semiconducteur (10) comportant une couche de nucléation (11) et une couche dite d'intérêt (12) à base de germanium étain (GeSn) épitaxiée à partir de la couche de nucléation (11), ledit empilement (10) présentant une valeur initiale (σ^) non nulle de contrainte en tension ; b) structuration dudit empilement semiconducteur (10) de manière à former :
une partie structurée (20) et une partie périphérique (30), la partie structurée (20) comportant une portion centrale (21) reliée à la partie périphérique (30) par au moins deux portions latérales (22) opposées l'une à l'autre vis-à-vis de la portion centrale (21),
- les portions latérales (22) présentant une largeur moyenne (b) supérieure à une largeur moyenne (a) de la portion centrale (21) ;
c) suspension de la partie structurée (20) par gravure de la couche sacrificielle (2) située sous la partie structurée (20), la portion centrale (21) dite suspendue présentant alors une valeur finale (σ^) de contrainte en tension supérieure à la valeur initiale (σ^).
2. Procédé selon la revendication 1, comportant les étapes suivantes :
préalablement à l'étape a) de réalisation, estimation (110) d'une valeur (xSn) de proportion atomique d'étain et d'une première valeur minimale (σ^'ΐ11111) de contrainte en tension pour lesquelles la couche d'intérêt (12) présente une structure de bandes d'énergie directe ; et
- détermination (120) d'un empilement semiconducteur (10) comportant une couche de nucléation (11) et ladite couche d'intérêt (12) estimée, et présentant une deuxième valeur minimale (ag ,min) de contrainte en tension ;
réalisation (130) dudit empilement semiconducteur (10) de sorte qu'il présente ladite valeur initiale (σ^) non nulle de contrainte en tension et que la couche d'intérêt (12) présente une valeur initiale (σ^) inférieure à ladite première valeur minimale (σ^'ΐ11111) ; détermination (140) de la structuration de sorte que, après l'étape de suspension (150), la portion centrale (21) de la partie structurée (20) présente une valeur finale (of s) de contrainte en tension supérieure ou égale à ladite deuxième valeur minimale (ag min), ladite couche d'intérêt (12) ayant alors une valeur finale (σ^) de contrainte en tension supérieure ou égale à ladite première valeur minimale (ac'j ) et présentant alors une structure de bandes d'énergie directe.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la couche de nucléation (11) est réalisée en un composé semiconducteur présentant un paramètre de maille, dit naturel, inférieur à celui du matériau à base de germanium étain de la couche d'intérêt (12).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'empilement semiconducteur (10) comporte au moins une couche située entre la couche d'intérêt (12) et la couche de nucléation (11) et réalisée en un composé semiconducteur présentant un paramètre de maille, dit naturel, inférieur ou égal à celui du matériau à base de germanium étain de la couche d'intérêt (12).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'empilement semiconducteur (10) présente une épaisseur inférieure à une épaisseur dite critique.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel chaque couche de l'empilement semiconducteur (10) présente une épaisseur inférieure à une épaisseur dite critique.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'empilement semiconducteur (10) comporte des couches supérieure (13B) et inférieure (13A) à base de germanium étain, dopées selon des types de conductivité différents, situées de part et d'autre de la couche d'intérêt (12), celle-ci étant non intentionnellement dopée.
8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, entre les couches dopées supérieure (13B) et inférieure (13A) d'une part et la couche d'intérêt (12) d'autre part, se situe au moins une couche dite barrière (15A, 15B) à base de germanium, ou à base de germanium étain dont la proportion atomique en étain est inférieure à la valeur de la proportion atomique d'étain de la couche d'intérêt (12).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la proportion atomique d'étain de la couche d'intérêt (12) est inférieure à 10%.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comportant en outre une étape de mise en contact de la partie structurée (20) avec une surface rendue libre (4) de la couche support (1), de manière à rendre solidaire par collage moléculaire la partie structurée (20) de la couche support (1).
11. Procédé selon la revendication 10, comportant en outre les étapes suivantes détermination d'une valeur minimale d'énergie de collage moléculaire de la partie structurée (20) sur la couche support (1), ainsi qu'une valeur minimale de surface collée des portions latérales (22), ces valeurs minimales étant telles que ladite énergie de collage moléculaire est supérieure à une énergie élastique de la partie structurée (20) ;
recuit de consolidation à une température de recuit telle que l'énergie de collage moléculaire présente une valeur supérieure ou égale à ladite valeur minimale préalablement déterminée ; puis
gravure d'une partie dite distale (24) des portions latérales (22) vis-à-vis de la portion centrale (21), de sorte que la surface collée des portions latérales (22) présente une valeur supérieure ou égale à ladite valeur minimale préalablement déterminée.
12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, dans lequel l'étape de suspension et l'étape de mise en contact sont effectuées par gravure de la couche sacrificielle (2) par HF en phase vapeur éventuellement suivie par le dépôt puis l'évaporation d'un liquide entre la partie structurée (20) suspendue et la couche support (1), et dans lequel, lors de l'étape de recuit, la température de recuit est supérieure ou égale à 200°C.
13. Procédé selon la revendication 10 ou 11, comportant, lors de l'étape de suspension, une oxydation ou une nitruration d'une surface rendue libre (4) de la couche support (1) ainsi que d'une surface inférieure (23) de la partie structurée (20) orientée vers la surface libre (4), et dans lequel, lors de l'étape de recuit, la température de recuit est supérieure ou égale à 100°C.
14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel, à la suite de l'étape de suspension, des couches diélectriques (41A, 41B), issues de l'oxydation ou de la nitruration effectuée, sont formées au niveau de la partie structurée (20) et de la couche support (1), qui présentent une épaisseur de préférence supérieure ou égale à lOnm.
15. Procédé de réalisation d'un dispositif microélectronique ou optoélectronique comportant ladite couche d'intérêt (12) à base de germanium étain obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel on réalise une jonction PN (43, 45) dans la couche d'intérêt (12), ou une jonction PIN (43, 44, 45) au niveau de ladite couche d'intérêt (12), celle-ci étant alors non intentionnellement dopée.
PCT/FR2017/052261 2016-08-26 2017-08-23 Procede de realisation d'une couche contrainte en tension a base de germanium etain WO2018037189A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/327,520 US10699902B2 (en) 2016-08-26 2017-08-23 Process for producing a strained layer based on germanium-tin
EP17762163.8A EP3504729A1 (fr) 2016-08-26 2017-08-23 Procede de realisation d'une couche contrainte en tension a base de germanium etain

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1657987A FR3055467B1 (fr) 2016-08-26 2016-08-26 Procede de realisation d’une couche contrainte en tension a base de germanium etain
FR1657987 2016-08-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018037189A1 true WO2018037189A1 (fr) 2018-03-01

Family

ID=57590598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2017/052261 WO2018037189A1 (fr) 2016-08-26 2017-08-23 Procede de realisation d'une couche contrainte en tension a base de germanium etain

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10699902B2 (fr)
EP (1) EP3504729A1 (fr)
FR (1) FR3055467B1 (fr)
WO (1) WO2018037189A1 (fr)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3629385A1 (fr) 2018-09-28 2020-04-01 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique d'émission de lumière infrarouge comportant une couche active à base d'étain-germanium
FR3095893A1 (fr) 2019-05-09 2020-11-13 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives dispositif optoélectronique comportant une portion centrale contrainte en tension suivant un premier axe et polarisee électriquement suivant un deuxième axe
FR3129527A1 (fr) 2021-11-23 2023-05-26 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Dispositif optoélectronique comportant une couche semiconductrice à base de GeSn présentant une portion monocristalline à structure de bandes directe et une zone barrière sous-jacente.

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11031241B2 (en) * 2018-12-20 2021-06-08 Applied Materials, Inc. Method of growing doped group IV materials

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150102465A1 (en) * 2013-10-10 2015-04-16 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Material quality, suspended material structures on lattice-mismatched substrates
US20150372454A1 (en) * 2014-06-23 2015-12-24 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Device comprising a strained germanium membrane
EP3151266A1 (fr) * 2015-09-30 2017-04-05 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Procede de formation d'une portion semiconductrice par croissance epitaxiale sur une portion contrainte

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150102465A1 (en) * 2013-10-10 2015-04-16 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Material quality, suspended material structures on lattice-mismatched substrates
US20150372454A1 (en) * 2014-06-23 2015-12-24 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Device comprising a strained germanium membrane
EP3151266A1 (fr) * 2015-09-30 2017-04-05 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Procede de formation d'une portion semiconductrice par croissance epitaxiale sur une portion contrainte

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GUPTA ET AL.: "Achieving direct band gap in germanium through intégration of Sn alloying and externat strain", J. APPL. PHY., vol. 113, 2013, pages 073707
JAN ET AL.: "Tensile-strained germanium-on-insulator substrate for silicon-compatible optoelectronics", OPT. MATER. EXPRESS, vol. 1, 2011, pages 1121 - 1126
REBOUD ET AL.: "intitulée Structural and optical properties of 200 mm germanium-on-insulator (GeOI) substrates for silicon photonics applications", PROC. SPIE 9367, SILICON PHOTONICS, vol. X, 27 February 2015 (2015-02-27), pages 936714
SÜESS ET AL.: "Analysis of enhanced light emission from highly strained germanium microbridges", NATURE PHOTON., vol. 7, 2013, pages 466 - 472
WIRTHS ET AL.: "Tensely strained GeSn alloy as optical gain media", APPL. PHYS. LETT., vol. 103, 2013, pages 192110, XP012178544, DOI: doi:10.1063/1.4829360

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3629385A1 (fr) 2018-09-28 2020-04-01 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique d'émission de lumière infrarouge comportant une couche active à base d'étain-germanium
FR3086800A1 (fr) 2018-09-28 2020-04-03 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procede de fabrication d'un dispositif optoelectronique d'emission de lumiere infrarouge comportant une couche active a base de gesn
FR3095893A1 (fr) 2019-05-09 2020-11-13 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives dispositif optoélectronique comportant une portion centrale contrainte en tension suivant un premier axe et polarisee électriquement suivant un deuxième axe
EP3745473A1 (fr) 2019-05-09 2020-12-02 Commissariat À L'Énergie Atomique Et Aux Énergies Alternatives Dispositif optoelectronique comportant une portion centrale contrainte en tension suivant un premier axe et polarisee electriquement suivant un deuxieme axe
FR3129527A1 (fr) 2021-11-23 2023-05-26 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Dispositif optoélectronique comportant une couche semiconductrice à base de GeSn présentant une portion monocristalline à structure de bandes directe et une zone barrière sous-jacente.
EP4187622A1 (fr) 2021-11-23 2023-05-31 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Dispositif optoelectronique comportant une couche semiconductrice a base de gesn presentant une portion monocristalline a structure de bandes directe et une zone barriere sous-jacente
US12040595B2 (en) 2021-11-23 2024-07-16 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Optoelectronic device comprising a semiconductor layer based on GeSn having a single-crystal portion with a direct band structure and an underlying barrier region

Also Published As

Publication number Publication date
US10699902B2 (en) 2020-06-30
US20190244813A1 (en) 2019-08-08
EP3504729A1 (fr) 2019-07-03
FR3055467A1 (fr) 2018-03-02
FR3055467B1 (fr) 2018-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3151265B1 (fr) Procede de realisation d&#39;une structure semiconductrice comportant une portion contrainte
EP1354346B1 (fr) Procede de realisation d&#39;une couche mince impliquant l&#39;implantation d&#39;especes gazeuses
WO2018037189A1 (fr) Procede de realisation d&#39;une couche contrainte en tension a base de germanium etain
EP3151266B1 (fr) Procede de formation d&#39;une portion semiconductrice par croissance epitaxiale sur une portion contrainte
EP2468931B1 (fr) Procédé de clivage d&#39;un substrat et ensemble comprenant un substrat et une structure permettant ce clivage
WO2004064132A1 (fr) Procede de realisation d&#39;une structure complexe par assemblage de structures contraintes
FR2889887A1 (fr) Procede de report d&#39;une couche mince sur un support
FR2949901A1 (fr) Procede de stabilisation de nonofils en germanium obtenus par condensation.
EP3806167B1 (fr) Procede de fabrication d&#39;au moins une photodiode planaire contrainte en tension
WO2004064146A1 (fr) Procede de realisation d&#39;une structure contrainte destinee a etre dissociee
EP3438041B1 (fr) Structure semiconductrice comportant une membrane suspendue a portion centrale structuree en epaisseur
EP3629385A1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;un dispositif optoélectronique d&#39;émission de lumière infrarouge comportant une couche active à base d&#39;étain-germanium
EP1070371B1 (fr) Procede de formation sur un support d&#39;une couche de silicium a usage optique et mise en oeuvre du procede pour la realisation de composants optiques
EP3745473B1 (fr) Dispositif optoelectronique comportant une portion centrale contrainte en tension suivant un premier axe et polarisee electriquement suivant un deuxieme axe
EP1337683B1 (fr) Procede d&#39;auto-organisation de microstructures ou de nanostructures et dispositif associe obtenu
FR3064398A1 (fr) Structure de type semi-conducteur sur isolant, notamment pour un capteur d&#39;image de type face avant, et procede de fabrication d&#39;une telle structure
FR2895571A1 (fr) Procede de realisation d&#39;une jonction pn electroluminescente en materiau semi-conducteur par collage moleculaire
WO2024132489A1 (fr) Procédé de collage de deux couches réduisant les contraintes
EP3840032A1 (fr) Procédé d&#39;élaboration d&#39;un empilement multicouche de type semi-conducteur-sur-isolant
WO2022129726A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;une structure semi-conductrice comprenant une zone d&#39;interface incluant des agglomerats
FR3069953A1 (fr) Procede de realisation d&#39;une heterostructure dont une couche cristalline presente une contrainte mecanique predeterminee

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17762163

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017762163

Country of ref document: EP

Effective date: 20190326